Курсовая работа: Проект цеха по производству полимер-песчаной черепицы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

на тему: «Проект цеха по производству полимерпесчаной черепицы». Производительностью 4018м³ в год (1,96 млн. шт. в год)»^.

Введение

Общие сведения о полимербетонах

Среди крупнейших потребителей полимерных материалов на одном из первых мест стоит строительная индустрия. Широкому применению полимерных материалов в строительстве способствуют не только высокая химическая стойкость, хорошие декоративные свойства многих из них, но и сравнительная простота применения, технологичность и другие свойства. Следует, однако, отметить, что на многих промышленных предприятиях в условиях сильного агрессивного воздействия повышенного давления и температуры термопластичные полимерные материалы быстро стареют, а незаполненные термореактивные, имея высокий коэффициент температурных деформаций, отслаиваются от защищаемых конструкций. Как показывает практика эксплуатации многих промышленных предприятий, защита строительных конструкций полимерными покрытиями малоэффективна и во многих случаях не обеспечивает необходимой надежности и долговечности сооружений.

В связи с этим в самых разнообразных отраслях промышленности все ощутимей сказывается отсутствие строительных материалов, которые сочетали бы высокую химическую стойкость с высокой прочностью и долговечностью.

Успехи химии в области синтеза полимеров открывают практически неограниченные возможности для изготовления материалов с самыми разнообразными свойствами. Открытие новых способов синтеза и модифицирования полимеров позволяет получать новые виды мономеров и олигомеров, сополимеров – блоксополимеров и привитых сополимеров.

В то же время необходимо отметить, что полимерные материалы, и в том числе синтетические смолы, еще сравнительно дороги и дефицитны, поэтому применение их в строительстве наиболее рационально в виде высоконаполненных композиций. Полимербетоны представляют собой новые эффективные химически стойкие материалы, у которых степень наполнения минеральными наполнителями и заполнителями доходит до 90–95% массы. Эти новые материалы, созданные советскими учеными, стоят вне конкуренции с другими наполненными полимерными композициями по расходу полимерного связующего, которое составляет всего 5–10% общей массы полимербетона; естественно, стоимость такого материала сведена к минимуму. При сравнительно небольшом расходе полимерного связующего на единицу массы полимербетоны обладают высокой плотностью, прочностью, химической стойкостью и многими другими положительными свойствами. Соответствующий выбор связующего, наполнителей и заполнителей позволяет получать полимербетоны с высокими диэлектрическими характеристиками или, наоборот, обладающие хорошей электропроводностью. Разработаны составы специальных бетонов с высокими защитными свойствами от различных излучений. При этом высокая степень наполнения позволяет резко снизить усадку, которая становится равной усадке цементных бетонов, и существенно повысить модуль упругости, что позволяет применять такие бетоны в несущих и весьма ответственных конструкциях. Например, разработаны составы тяжелых полимербетонов плотностью 2200–2400 кг/м3, имеющих предел прочности на сжатие: на основе фенолоформальдегидных смол 40–60, карбамидных 50–80, полиэфирных 80–120 и фураново-эпоксидных до 160 МПа.

Эксплуатация полимербетонных изделий и конструкций, в том числе различных емкостей, травильных и электролизных ванн, в производственных условиях при воздействии высокоагрессивных сред показала их высокую надежность и эффективность. Среди наиболее интересных областей применения в зарубежной практике следует отметить использование полимербетонов для изготовления труб, коллекторов, емкостей для хранения агрессивных жидкостей, при строительстве подводных сооружений, ремонте и восстановлении строительных конструкций. Новым и весьма эффективным является употребление полимербетонов (вместо металла) для изготовления корпусов редукторов, центробежных насосов и тому подобных изделий, а также станин высокоточных станков.

В настоящее время в зарубежных странах для изготовления полимербетонов применяют около 10 типов различных мономеров или олигомеров, которые в комбинациях с модифицирующими добавками позволяют получить более 30 разновидностей полимербетонов. Однако наибольшее предпочтение по-прежнему уделяется полимербетонам на основе полиэфирных и эпоксидных смол и мономера метилметакрилата.

Расчеты ученых показали, что если принять условные энергозатраты на единицу массы при производстве бетона равными 1, то для полимербетонов они будут составлять 2,5, стали 5–7, фарфора для изоляторов 5–10 и алюминия 7,5–10. Если ввести коэффициент экономической эффективности (отношение экономического эффекта от улучшения свойств к стоимости материала) и принять его равным 1 для обычного бетона, то для бетонополимеров этот коэффициент доходит до 3, а для полимербетонов до 4 и выше. Эти данные подтверждают высокую экономическую эффективность применения полимербетонов в различных отраслях промышленности и строительства.

Классификация полимербетонов

Поиск путей повышения прочности, плотности, химической стойкости и долговечности бетона и железобетона привели к созданию обширной группы полимербетонов с добавками полимеров или на основе полимеров, названия которых складывались произвольно и без должного обоснования. Например, цементные бетоны с добавками полимеров одни авторы называли полимерцементными, другие цементно-полимерными бетонами, подчеркивая, что полимерные добавки только улучшают свойства цементного вяжущего. Бесцементные бетоны на синтетическом связующем (полимербетоны) именовались щебеночными пластбетонами, пластобетонами, органоминеральными бетонами и т.п. Иногда полимербетонами называли полимеррастворы, мастики и другие подобные материалы. Такая произвольно сложившаяся терминология вносила путаницу, а иногда и затрудняла понимание описываемых явлений.

По настоящей классификации специальные бетоны с добавками полимеров или на их основе (П-бетоны) делятся на следующие виды:

минералополимерные бетоны (МПБ) – бетоны с минеральными наполнителями, обработанными полимерами;

полимернаполненные бетоны (ПНБ) кроме минеральных наполнителей и заполнителей содержат полимерные наполнители;

модифицированные бетоны (МБ) – бетоны с малыми добавками полимеров;

фибробетоны (ФБ) – бетоны, армированные стальным, стеклопластиковым или полимерным волокном;

полимерцементные бетоны (ПЦБ) представляют собой цементные бетоны, в процессе приготовления которых в смесь добавляют кремнийорганические или водорастворимые олигомеры и полимеры, водные эмульсии типа поливинилацетатной, водорастворимые эпоксидные смолы и др.;

полимерсиликатные бетоны (ПСИБ) – кислотостойкие бетоны на основе жидкого стекла, в состав которых в процессе приготовления вводят полимерные добавки. Введение в состав таких бетонов фурилового спирта или некоторых других олигомеров делает полимерсиликатные бетоны практически непроницаемыми для растворов различных кислот;

бетонополимеры (БП) – цементные бетоны, которые после завершения процессов твердения и структурообразования подвергают сушке и пропитке различными мономерами или олигомерами с их последующей радиационной пли термокаталитической полимеризацией в норовой структуре бетона. Пропитка цементных бетонов мономерами или олигомерами обеспечивает возможность получения бетонополимеров, обладающих высокими плотностью и прочностью;

серные и полимерсерные бетоны (ПСБ) – высоконаполненные композиции на основе расплавленной серы с различными модифицирующими добавками и минеральных заполнителей и наполнителей без использования минеральных вяжущих и воды; полимербетоны – высоконаполненные композиции, полученные на основе синтетических смол или мономеров и химически стойких наполнителей и заполнителей без участия минеральных вяжущих и воды.

К бетонополимерам с определенной натяжкой можно отнести и бетоны, пропитанные серой. Пропитка цементных бетонов расплавленной серой позволяет получать серные и полимерсерные бетоны с более низкими прочностными характеристиками, чем у бетонополимеров, но стоимость серы в 10 раз ниже стоимости мономеров, а процесс пропитки значительно проще.

Полимербетоны содержат в своем составе не менее трех фракций наполнителей и заполнителей: мелкодисперсные наполнители с размером частиц менее 0,15 мм, заполнители – песок с размером зерен до 5 мм и щебень с размером зерен до 50 мм. В отличие от полимербетонов полимеррастворы не содержат в своем составе щебня, мастики содержат только одну мелкодисперсную фракцию наполнителя.

Учитывая, что полимербетоны обладают более высокими положительными характеристиками по сравнению с другими видами П-бетонов и нашли наибольшее практическое применение в различных отраслях промышленности, этим материалам в дальнейшем и уделяется основное внимание.

Основные свойства полимербетонов определяются химической природой синтетической смолы, видом и содержанием мелкодисперсной фракции наполнителей. Крупные фракции заполнителей (песок и щебень), выполняя в основном роль скелета, влияют на основные физико-механические свойства в меньшей степени. Поэтому для неармированных материалов после слова «полимербетон» указывают сокращенное название полимерного связующего и вид мелкодисперсного наполнителя; для армированных материалов перед названием материала упоминают вид армирования, например полимербетон ФАМ на андезите, полимербетон ПИ на маршаллите, сталеполимербетон ФАМ на аглопорите и т.д.

Полимербетоны могут быть получены как на основе термореактивных, так и термопластичных полимеров. В то же время следует отметить, что полимербетоны, предназначенные для изготовления несущих строительных конструкций, изготовляют в основном на основе термореактивных смол, термопластичные же полимеры в большинстве случаев используются для полимербетонов, которые применяют в защитных облицовках и в виде декоративно-отделочных материалов.

Из большого разнообразия термореактивных и термопластичных смол эпоксидные и полиуретановые смолы еще дороги и дефицитны, поэтому полимербетоны на фурановых, фенольных, полиэфирных, карбамидных смолах и мономере ММА в настоящее время находят наибольшее распространение. Особенно перспективны для несущих конструкций легкие химически стойкие полимербетоны, на пористых заполнителях с плотностью = 1600… 1800 кг/ /м3 и прочностью на сжатие = 60…80 МПа. Все шире используются полимербетоны на фенольных и ацетоноформальдегидных смолах. Полимербетоны на фураново-эпоксидных компаундах типа ФАЭД применяются в гидротехнических сооружениях.

Весьма целесообразны сверхлегкие теплоизоляционные полимербетоны для ограждающих конструкций на основе карбамидных смол и полиизоцианатных композиций с использованием в качестве легких заполнителей перлита и пеностекла с плотностью р = 400…500 кг/м3 и прочностью на сжатие =5…6 МПа.

Удобоукладываемость полимербетона так же, как и цементных бетонов, определяется жесткостью смеси. Жесткость полимербетонных смесей зависит от вида и принятого количества синтетической смолы, от дисперсности наполнителя и соотношения между фракциями наполнителя и заполнителей. По жесткости полимербетонные смеси можно разделить на четыре основные группы. При этом меньшие значения количества смолы относятся к тяжелым бетонам, а большие – к легким на пористых заполнителях.

Перспективы развития технологии полимербетонных изделий и конструкций

Анализ опыта крупносерийного производства армополимербетопных изделий и конструкций позволил определить основные направления разработки более современной технологии изготовления армополимербетонных изделий и конструкций.

При производстве полимербетонов одним из наиболее энергоемких процессов является термообработка. Переход па термообработку с использованием теплоты, получаемой в результате саморазогрева полимербетонной смеси, позволил сократить расход электроэнергии.

Исследования низкочастотного виброформования высоконаполненных композиций свидетельствуют, что формование достаточно эффективно для армополимербетонных конструкций и должно найти более широкое применение на вновь строящихся цехах и заводах. Анализ различных способов отверждения полимербетонов показывает, что отвердение полимербетонов в обычных условиях при температуре 18–20 °С в течение 28–30 сут не может обеспечить максимально возможную полноту полимеризации полимерного связующего. Прогрев конструкций или изделий в течение 6–10 ч при 60–70 °С после суточной выдержки в обычных условиях также не обеспечивает необходимую полноту отверждения.

Предложенный способ – суточное отверждение при 18–20 °С и 20–24-часовой сухой прогрев при 80 °С – позволил получить максимально возможную на практике степень полимеризации для широкой номенклатуры армополимербетонных изделий и конструкций. Этот способ нашел применение на большинстве действующих предприятий по производству таких конструкций. Однако общее время отверждения составляет 44–48 ч, что существенно усложняет технологический процесс и удорожает стоимость полимербетонных конструкций.

На основании многочисленных исследований предложен новый способ термообработки, который заключается в следующем: после окончания формования полимербетонные изделия выдерживаются в форме при 18 – 20 °С в течение 1,5–2 ч. К этому времени под действием тепловыделения за счет экзотермической реакции полимеризации полимерного связующего температура полимербетонной смеси повышается до 60–70 °С. Разогретое изделие вместе с формой помещают в камеру термообработки, в которой температуру поднимают до 80 °С. При этой температуре изделие выдерживается 16–18 ч, после чего температура плавно снижается до 20–25 °С в течение 3–4 ч.

Однако потенциальные возможности полимербетонных смесей далеко не исчерпаны, и первостепенное значение приобретает разработка такого процесса отверждення, который позволит полностью отказаться от термообработки в специальных камерах при сохранении всех необходимых характеристик полимербетонов.

Известно, что термореактивные синтетические смолы в процессе отверждения в зависимости от вида смолы выделяют от 250–300 до 420–580 кДж на 1 кг ненаполненной смолы или от 60 000 до 140 000 кДж на 1 м³ тяжелого полимербетона.

Саморазогрев цементных бетонов растянут во времени и происходит плавно в течение нескольких суток, что затрудняет использовать метод термоса при отверждении цементных бетонов. У полимербетонов реакции полимеризации или поликонденсации полимерного связующего протекают очень интенсивно и время саморазогрева составляет 1,5–2 ч.

Такой характер кинетики саморазогрева полимербетонных смесей и значительное количество теплоты, выделяемой при этом, позволяют весьма эффективно использовать метод «термоса» для отверждения полимербетонных изделий и конструкций.

Результаты экспериментальной проверки показали, что при отверждении полимербетонов на основе ФАМ и ПН-1 объемом 0,15–0,20 м³ в форме, изолированной фенольным пенопластом толщиной 100 мм, в результате саморазогрева температура полимербетонной смеси подымалась до 90–100 °С, и сохранялась на этом уровне более 24 ч. При формовании изделия объемом больше 0,2 м³ и отверждении с использованием метода «термоса» температура саморазогрева может превышать 100 °С. При такой температуре саморазогрева в изделии возможно появление температурных трещин.

Для исключения трещинообразования предложен следующий способ отверждения с использованием метода «термоса». Изделие объемом более 0,2 м³ формуют в обычной металлической форме и выдерживают в ней 1,5–2 ч. К этому времени в основном заканчиваются процессы экзотермических реакций полимерного связующего, и смесь разогревается до максимально возможной температуры для данного вида полимербетона и принятой массы. После этого форму устанавливают на термоизолированный поддон, накрывают крышкой «термоса» (термоизолированным кожухом) и выдерживают в «термосе» 16–18 ч. Затем крышку снимают и изделие остывает до температуры 20–25 °С.

Физико-механические свойства полимербетонов, отверждениых методом «термоса», практически не отличаются от аналогичных свойств полимербетонов, прошедших термообработку по вышеописанным режимам.

Внедрение этого способа отверждения на вновь строящихся заводах позволит существенно снизить себестоимость полимербетонных конструкций, сократить расход электроэнергии и снизить капитальные затраты на строительство, так как отпадает необходимость в камерах термообработки.

Высокие диэлектрические характеристики полимербетонов обусловливают высокую эффективность использования энергии токов высокой частоты (ТВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ-энергии) для ускоренного отверждения мелкоштучных полимербетонных изделий. При этом нагреваемый материал характеризуется в основном двумя параметрами: диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь. Электрическая энергия, выделяемая в виде теплоты, пропорциональна произведению этих величин, и называется фактором или коэффициентом потерь.

Экспериментальные исследования показали, что при использовании серийных генераторов ТВЧ время полного отверждения полимербетонных кубиков с ребром 50 мм составляет 25–30 мин. К недостатку этого способа относится сравнительно большой расход электроэнергии, поэтому использование генераторов ТВЧ в промышленности можно рекомендовать в основном для отверждения контрольных образцов.

Исследования влияния СВЧ-нагрева на скорость отверждения полимербетонов свидетельствуют, что общее время СВЧ-нагревя полимербетонных смесей не превышает 3–4 мин. Характерная особенность СВЧ-нагрева – возможность получения достаточно высокой прочности при минимальном количестве отвердителя. Более продолжительное воздействие СВЧ-нагрева (более 3–4 мин) снижает прочностные характеристики, особенно для составов с повышенным содержанием отвердителя, что свидетельствует о появлении в образцах термической деструкции.

Максимальные значения прочностных характеристик и модуля упругости полимербетонов были получены уже при трехминутном воздействии СВЧ-нагрева. При использовании СВЧ-нагрева расходуется значительно меньше электроэнергии по сравнению с нагревом ТВЧ. К недостатку этого метода следует отнести отсутствие промышленных установок, пригодных для использования на предприятиях по производству полимербетонных изделий и конструкций.

Следует отметить, что для тонкостенных конструкций, имеющих небольшую массу и большую поверхиость теплоотдачи, большинство из приведенных способов термообработки (кроме СВЧ-нагрева) недостаточно эффективно. К числу таких полимербетонных конструкций относятся декоративно отделочные плиты, подоконные доски, лестничные марши, малые декоративные формы и др. Поэтому изыскание принципиально новых путей экономии энергозатрат на стадии термообработки весьма актуально.

Для решения этой проблемы весьма перспективно использование солнечной энергии в южных районах страны. Не останавливаясь подробно на принципиальных возможностях и экономической целесообразности использования энергии солнца для термообработки цементных бетонов, необходимо отметить, что в отличие от цементных бетонов полимербетоны требуют сухого прогрева, и в этом отношении использование энергии солнца наиболее предпочтительно.

Исследования в области использования энергии солнца для термообработки полимербетонных изделий еще недостаточно широко распространены. Однако испытания гелиокамеры для конвейерной термообработки полимербетонных изделий показали ее высокую эффективность и универсальность, а также хорошие физико-механические характеристики получаемых изделий.

Гелиокамера состоит из корпуса, оснащенного теплоизоляцией, двухслойного прозрачного покрытия, конвейера и электронагревателей. В течение солнечного дня температура в такой камере колеблется от 60 утром до 90 °С днем. Такая температура вполне достаточна для отверждения тонкостенных изделий за время движения формы внутри камеры.

Технико-экономическая эффективность применения полимербетонов в строительстве

Стоимость полимербетонов в основном определяется стоимостью полимерного связующего. По мере развития химической промышленности и увеличения производства мономеров и олигомеров их стоимость будет непрерывно уменьшаться. Улучшается и качество выпускаемых продуктов, что позволило разработать ряд новых видов полимербетонов на более дешевых фенолоформальдегидных, карбамидных и других смолах. Работы в этом направлении будут продолжаться и в дальнейшем. В то же время, судя по опыту ценообразования на мировом рынке, это снижение имеет определенные пределы и цены на смолы останутся в 10–20 раз выше цен на минеральные вяжущие. Как показала экономическая оценка, сравнение стоимости синтетических смол со стоимостью портландцемента или других вяжущих приводит к неправильным выводам. Так как в полимербетонах количество связующего составляет не более 10% по общей массе, а трудозатраты на изготовление примерно те же, что и при изготовлении цементных бетонов, более правильное представление дает отпускная стоимость конструкций, выполненных из тех и других материалов.

Расчеты показывают, что конструкции из тяжелых армополимербетонов дороже аналогичных железобетонных в 2–4 раза. В то же время более высокая прочность армополимербетонов позволяет значительно сократить материалоемкость. В некоторых случаях объем армополимербетонных конструкций можно уменьшить в 1,5–2 раза по сравнению с железобетонными. При этом отпадает необходимость в многодельной и дорогостоящей химической защите железобетонных конструкций. С учетом снижения материалоемкости и стоимости химической защиты исходная стоимость армополимербетонных конструкций приближается к стоимости железобетонных конструкций, а в некоторых случаях она может быть и ниже. Если учесть, что в условиях интенсивного воздействия агрессивных сред долговечность армополимербетонных конструкций в 3–5 раз выше железобетонных с химической защитой, то станет очевидна высокая их надежность и рентабельность.

Анализ внедрения конструкций и изделий из армополимербетонов в различных отраслях промышленности и народного хозяйства показал высокую экономическую эффективность таких конструкций.

Следует отметить, что учет экономических факторов при разработке и внедрении новых производств, а также новых материалов и конструкций на их основе может дать реальную картину экономической эффективности лишь при условии, что он опирается на достаточно обоснованные закономерности, отражающие реальную взаимосвязь между затратами труда, материалов, энергии, качеством и стоимостью конечного продукта.

Технологический процесс изготовления изделий и конструкций из бетонов в зависимости от типа производства, вида принятого связующего и применяемого оборудования может иметь различные варианты. Поэтому при организации производства и разработке технологии исходя из реальных условий необходимо выбрать такой процесс, который будет обеспечивать необходимую производительность при наименьшей себестоимости и высоком качестве выпускаемой продукции.

Известно, что для конкретного цеха или предприятия, приступающего к выпуску новой продукции из полимербетонов, организация производства начинается с проведения необходимых научно-исследовательских работ, проектирования комплекса из стандартного и нестандартного оборудования, его изготовления, наладки и завершающей стадии – пуска промышленного предприятия.

Экономический эффект от внедрения нового прогрессивного оборудования или строительной конструкции обусловлен несколькими источниками.

Первым источником экономии является увеличение производительности предприятия. Дополнительный эффект от этого источника получит и народное хозяйство, поскольку увеличение производительности предприятия эквивалентно строительству добавочной производственной мощности.

Вторым источником эффективности является экономия материалов и энергии. Кроме экономии, получаемой предприятием, народное хозяйство также получит дополнительный эффект, так как уменьшение потребления материалов и энергии эквивалентно строительству новых производственных мощностей, производящих материалы и энергию.

Третьим источником экономии является экономия рабочей силы, которая особенно ощутима в отдаленных районах. Четвертым источником эффективности является улучшение качества продукции. Если себестоимость продукции непосредственно зависит от качества, то предприятие реально ощущает этот эффект. В большинстве случаев цена продукции от ее качества не зависит. При такой системе предприятие, стремясь к снижению себестоимости продукции, оказывается заинтересованным скорее в ухудшении качества, чем в его улучшении. С позиции народного хозяйства качество определяет ценность изделия для потребления, так как улучшение качества увеличивает надежность и срок службы конструкции. В конечном итоге качество оказывается эквивалентным количеству. Взаимную связь количество – качество можно характеризовать коэффициентом качества.

Непременным условием экономической эффективности внедрения нового промышленного предприятия является определенный срок окупаемости капиталовложений. При правильно выбранном технологическом процессе и соответствующем оборудовании срок окупаемости, как правило, ниже нормативного времени и составляет не более двух – трех лет.

1. Технологическая часть

1.1 Требования к сырью для черепицы

номенклатура бетон контроль качество

Предлагаемая технология производства полимерпесчаной черепицы из полимерных отходов не предполагает очистку и глубокую сортировку сырья. Предлагается лишь придерживаться соотношения 40–50/60–50 так называемых мягких (полиэтилены) и жёстких (полипропилены, полистиролы, АБС пластики, ПЭТ и пр.) полимеров. В таком примерно соотношении отходы и находятся на свалках.

НЕ подходят тугоплавкие полимеры (поликарбонаты, фторопласты) и резины. Легкоплавкие, типа ПВХ, могут частично выгорать, но на качество полимерпесчаной черепицы это не влияет. Также выгорают примеси (бумага, пищевые отходы), испаряется влага Кроме отходов полимеров в производстве черепицы требуется песок. Он используется как наполнитель и должен быть сухим, просеянным без глинистых и пылевидных включений. Не имеет значения, какого цвета песок и происхождения. Допустимая фракция песка до 3х мм. Может и использоваться другой наполнитель, более доступный в выбранной местности, но прежде промышленного его использования необходимо исследовать его влияние на качество продукции. Таким образом, эта невероятная новая технология получения стройматериалов из бесплатного сырья. Для производства песчано-полимерных изделий необходимо иметь сырье: отходы полиэтилена (полиэтилен высокого низкого давления), песок (фракция не более 3 мм) и краситель (неорганический термостойкий). Полиэтилен желательно использовать высокого и низкого давления (бытовые отходы полиэтилена-банки, канистры, пленка, пакеты, стрейч пленка). Идеальным решением будет приобретение готового полимера. Песок используется речной, мытый фракция до 3 мм. Если песок сильно сырой и разной фракции используется пескосушилка

1.2 Процесс производства

Подготовка полимерпесчаной массы.

После первого измельчения отходы пластиков попадают в экструзионную машину, где под нагревом перемешиваются. Любой химик скажет, что это невозможно и ненаучно – перемешать разнородные полимеры; всё равно, что смешивать керосин с водой. Но такая задача и не ставиться – перемешивать полимеры на молекулярном уровне, достаточно перемешать отходы пластиков, используя свойства вязкости расплавленных полимеров.

В структуре полимерных отходов большое место занимают плёнки полиэтилена и полипропилена. Они без измельчения добавляются в экструзионную машину.

Полученную полимерпесчанную массу с консистенцией дрожжевого теста оператор рукавицей снимает на выходе из экструзионного узла линии, и, сваляв руками шар (агломерат до 100 мм.), бросает в воду для охлаждения. Вынутый из воды, не совсем остывший, но уже затвердевший агломерат быстро сохнет, остывая.

Случается, что происходит перегрев полимерной массы, и она вытекает из экструзионки на пол, пока оператор не выключит нагрев. Остывшая такая масса, затем пригодна для использования. Весь остывший агломерат подвергается повторному измельчению в щепу с размером фракции до 1–10 мм. Таким образом, получается готовое сырьё для полимерно-песчаной смеси.

Получение полимерпесчаной массы и формовка черепицы

Этот этап производства плитки завершающий. Некоторые отделяют его от заготовительного участка, располагают в отдельном помещении. Кроме эстетических соображений (заготовка полимерной усреднённой смеси сопровождается выделением газов, и требует обеспечения вытяжки), имеются ещё и практические выгоды: проще осуществлять контроль и учёт. А в случаях работы в исправительных учреждениях, просто необходим из-за режимности предприятия.

Смешивание песка, полимеров и красителей происходит в термосмесительном агрегате (Агрегат Плавильно-Нагревательный). Важно поддерживать массу смеси в АПН постоянной, добавляя по мере расхода готовой массы новые порции. Измельчённая полимерпесчаная масса смешивается с песком и красителями в разных пропорциях в зависимости от выпускаемой продукции. Для, например, черепицы это соотношение: 24/75/1, а для тротуарной плитки может быть 5/94/1.

Соотношение песка и полимеров влияет и на производительность – та масса, которая имеет в составе больше песка и нагреваться будет дольше.

Это свойство следует учитывать при расчёте себестоимости и учёте продукции.

Важно получить качественную смесь – частицы песка должны полностью обволакиваться полимерами, без пробелов. Это достигается уникальной конструкцией вала, рассчитанной «Полимер технологией» г. Орска. Точнее не рассчитанной, а вымученной опытными конструкциями и научными исследованиями. В результате лопасти на валу расположены так, что при вращении вала скорость продвижения массы разная в 3х зонах нагрева, что обеспечивает полный расплав полимера и качественное смешивание с наполнителем.

Кстати, в этом узле мы видим некоторые недостатки конструкции, изменение которых ведёт к повышению производительности всей линии.

Таким образом, полученная полимерно-песчанная масса с температурой на выходе около 170–190 градусов и консистенцией тугого пельменного теста выдавливается из машины после открытия заслонки. Оператор отрезает ножом необходимое количество, взвешивает на весах, и получив нужное (около 2-х кг.), обычным совком укладывает в форму.

Форма, установленная на прессе с подвижной нижней плитой, охлаждается по-разному.

Верхняя часть имеет температуру около 80 градусов, а нижняя 45, или охлаждается как можно сильнее, для быстрейшего формования черепицы (30–50 сек).

Это сделано для создания глянца на наружной стороне полимерно песчаной черепицы, полимер как бы выдавливается вверх, заполняя поры между наполнителем.

В этом ещё один секрет технологии. Хотя такое неравномерное охлаждение может привести к изгибу черепицы, для чего она укладывается на стол охлаждения и прижимается грузом до окончательной формовки. Для получения матовой поверхности полимерно-песчаной черепицы достаточно охладить верхнюю форму также сильно, как и нижнюю. Это применяется для производства полимерно-песчаной брусчатки. Краситель может и не добавляться, и изделие получается серым по цвету, как бетон.

2. Производственная мощность предприятия и режим работы

Производственная мощность предприятия равна 1.96 млн. штук цементно-песчаной черепицы в год. Принимаем следующий режим работы:

– количество рабочих суток в году 262;

– количество рабочих смен в сутки 1;

– длительность рабочей смены 8 часов.

Годовой фонд рабочего времени определяем по формуле:

, ч                                

где C_P – расчетное количество рабочих суток в году;

с – продолжительность смены, ч;

п – количество смен.

, ч

Годовой фонд времени работы основного технологического оборудования находим по формуле:

, дней         

где K_об – коэффициент использования оборудования, K_об = 0,943.

, дней.

Годовой фонд работы основного технологического оборудования определяем по формуле:

, ч                      

, ч

Результат расчёта режима рабочего цеха сведём в таблицу 2.

Таблица 2. Режим работы цеха

Исходя из принятого режима работы цеха, производим расчёт производственной программы изделий и полуфабрикатов.

Определяем суточную, сменную и часовую производительность по формуле:

– суточная и сменная производительность:

, м³.

где П_год – годовая производительность цеха, П_год = 8200 м³/год.

 м³.

– часовая производительность:

 м³.                               

 м³.

Далее производим расчет производственной программы по отдельным технологическим переделам с учетом потерь, результаты сводим в таблицу 3.

Таблица 3: Производственная программа завода

3. Потребность в сырье предприятия

Расчет потребности в сырьевых материалах выполняется с учетом производственной программы и удельного расхода сырья. На 1м² готовой продукции из расчёта песок/ пластик/ пигмент 75/24/1 приходится 803 кг песка 268 кг пластика и 11 кг пигмента «Bauer» Результаты представлены в таблице 4. 2,02м² продукции=1000 шт. черепицы.

Таблица 4: Потребность в сырьевых материалах.

4. Расчёт и подбор технологического оборудования

1. Дробилка радиальная

Дробилка радиальная – измельчитель пластика. Предназначена для измельчения твёрдых отходов полиэтилена (банки, бутылки, канистры и другие отходы полимеров) с толщиной стенки не более 8 мм.

Для переработки пленки и пленочных отходов необходимо использовать агломератор.

Использование радиальной дробилки позволяет сэкономить на полимере, т. к. стоимость отходов полимера на порядок ниже стоимости готового полимера.

Табл. 5 Технические характеристики дробилки:

2. Агломератор

Агломератор предназначен для переработки пленки и пленочных отходов полиэтилена в гранулы, с целью их вторичной переработки. Полученные гранулы используют в производстве полимерпесчаных материалов. Для переработки твердых отходов полимера и пластика используют радиальную дробилку.

Использование агломератора позволяет сэкономить на полимере, т. к. стоимость отходов полимера на порядок ниже стоимости готового полимера.

Табл. 6. Технические характеристики агломератора

3. Пескосушилка

Пескосушилка – установка для просеивания и просушки песка с целью дальнейшего использования сухого песка с фракцией не более 3 мм. Исходным материалом является песок с естсественной влажностью ГОСТ 8736–77, очищенный от посторонних предметов.

Является вспомогательным оборудованием в линии МАСТЕК-Полимерпласт. Используется при не возможности приобретать песок с фракцией до 3 мм и обычной влажности.

Табл. 7. Технические характеристики пескосушилки

4 Экструдер

Экструдер – установка для перемешивания и разогрева компонентов полимерпесчаного композита (песок, полимер, краситель) и получения однородной тестообразной массы (термопласткомпозита), с определенной температурой.

Основные преимущества экструдера.

·  полностью автоматическое управление нагревом – автоматический процесс контроля за температурой контролерами при приготовлении термопласткомпозита, исключается человеческий фактор (ошибки в технологии нагрева), экономия эл. энергии

·  индукционный нагрев, нагрев происходит с помощью трех индукционных катушек (отличие индукционного нагрева от нагрева ТЭНами: высокая терморегуляция во всем объеме смеси, абсолютно безинерционная система (тэны после отключения продолжают нагревать смесь и происходит нарушение технологии), равномерный нагрев смеси по диаметру со всех сторон и изнутри от шнека (тэны греют односторонне), большой ресурс работы, (катушки вечные, в отличии от ТЭНов, которые необходимо периодически менять), экономичный расход эл. энергии)

·  большая производительность по готовой массе (приготовленного термокомпозита хватает для работы более двух прессов), это связанно с большим диаметром трубы (камеры перемешивания) и ее длиною

·  малый расход эл. энергии, за счет эффективной схемы нагрева и ее полной автоматизации (полностью соответствует выбранному президентом России приоритету развития российской экономики – ВЫСОКОЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ!)

·  мощный надежный привод и шнек, вынесенные необслуживаемые подшипниковые узлы. Шнек покрыт изностойким наплавом

Табл. 8 Технические характеристики экструдера

5. Пресс формовочный

Пресс формовочный с усилием 100 тонн и разными размерами рабочего стола – основной элемент оборудования для производства черепицы и полимерпесчаных материалов. Полученная масса в экструдере перемещается в пресс-форму, дальше происходит формование материалов (время формования зависит от вида изготавливаемого материала), после формовки изделие выпрессовывается из пресс-формы (пресс-форма с принудительным охлаждением) и укладывается на стол для дальнейшего вылеживания.

Если у Вас есть пресс с усилием 100 тонн, то Вы можете использовать его.

Табл. 9 Технические характеристики на пресс формовочный

Расчёт оборудования производим в порядке установки отдельных машин в технологическом потоке от подачи сырья до выхода готовой продукции, основываясь на данных производственной программы по каждому технологическому переделу.

Формула для технологического расчёта оборудования имеет вид:

Пм – количество машин подлежащих установке, шт.

Пm – требуемая часовая производительность по данному технологическому переделу.

Пп – паспортная производительность.

Квп –0,8.

Для обеспечения часовой программы по дробилкам радиальным устанавливаем формуле определяем требуемое количество дробилок:

, принимаем 4 шт.

Для обеспечения часовой программы по агломераторам:

, принимаем 4 шт.

Для обеспечения часовой программы по пескосушилкам:

, принимаем 7 шт. (при необходимости сушить весь песок).

Для обеспечения часовой программы по экструдерам:

, принимаем 5 шт.

Таблица 10. Ведомость оборудования цеха

5. Стандартизация

Главными целями и задачами стандартизации является повышение эффективности труда, повышение качества готовой продукции, полная автоматизация, повышение уровня по технике безопасности на производстве.

Изготавливаемая проектируемым цехом черепица стандартна. В цехе производится серия однотипных элементов. Технологический процесс при этом совершенствуется, снижается трудоёмкость изготовления и стоимость изделий, улучшается их качество.

Принятое для работы в цехе оборудование стандартное.

На протяжении всего технологического процесса осуществляется контроль за выполнением операций. Согласно действующим стандартам контролируется также качество готовой продукции.

6. Контроль технологического процесса и качества готовой продукции

Производственный контроль на заводах подразделяется на 3 вида: входной, пооперационный, выходной.

Входной контроль позволяет исключить из технологического процесса материалы, неудовлетворяющие требованиям ГОСТов и тем самым снизить количество некачественной продукции.

Пооперационный контроль позволяет выявить нарушения технологических режимов на стадии изготовления изделий и снизить возможность появления брака.

Выходной контроль позволяет не допустить появления некачественной продукции и поставки её потребителю.

Производственный контроль изготовления панелей приведён в таблице 11.

Таблица 11. Контроль технологического процесса и качества готовой продукции.

7. Охрана труда

Правила техники безопасности должен знать и тщательно соблюдать каждый рабочий на производстве.

Вопросы обеспечения нормальных санитарно – гигиенических условий труда на предприятиях являются важнейшими, они закладываются ещё при проектировании завода и должны строго соблюдаться при его эксплуатации.

В цехе должна предусматриваться естественная или принудительная вентиляция.

Уровень шума и вибрации на рабочих местах не должен превышать допустимые пределы, иначе – должны приниматься меры по снижению уровня шума.

Оборудование и отдельные его механизмы, являющиеся источником выделения пыли, должны быть укрыты и максимально герметизированы. Пыль, пар, вредные газы, выпускаемые в атмосферу должны быть подвергнуты эффективной очистке. Также необходимо предусматривать естественную или принудительную вентиляцию.

Для выполнения противопожарных требований необходимо:

– обеспечить возможность подъезда пожарной машины с любой стороны,

– использовать сети водоснабжения для огнетушения, для чего во всех сетях должны быть пункты пожарного водозабора,

– обеспечить все объекты первичными средствами огнетушения,

– должна быть обеспечена возможность безопасной эвакуации.

8. Технико-экономические расчёты и основные показатели

Расчёт потребности в энергоресурсах

Для определения расхода электроэнергии используем технические характеристики основного и транспортного оборудования.

Для каждого вида оборудования определяем коэффициент загруженности, который отражает использование мощности двигателя, установленного при данном оборудовании в зависимости от степени загрузки его в период работы. Если оборудование загружается полностью в соответствии с технической характеристикой, то этот коэффициент равен 1. Величину этого коэффициента определяем по формуле:

где Пф, Пт – производительность оборудования фактическая и техническая.

- коэффициент, зависящий от степени загрузки оборудования.

Коэффициент использования двигателя по времени () отражает отношение времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности смены.

Результаты расчёта сведены в таблице 12.

Таблица 12. Ведомость оборудования цеха

Штатная ведомость цеха

Штатная ведомость цеха включает явочный состав производственных рабочих и цеховой персонал.

Штатная ведомость цеха представлена в таблице 13.

Таблица 13. Штатная ведомость цеха

Технико-экономические показатели работы цеха

Трудоёмкость производство единицы продукции определяется по формуле:

 (21)

где, З – годовой объём чел.-час отработанных производственными рабочими.

П – производительность цеха, .

Производительность труда определяется по формуле:

 (22)

где, Пг – годовая производительность цеха, .

К – количество производственных рабочих.

Удельный расход электроэнергии определяется по формуле:

 (23)

Энерговооруженность определяется по формуле:

 (24)

где, n – число производственных рабочих.

Все показатели сведены в таблице 14.

Таблица 14. Технико-экономические показатели цеха

Съём с единицы производственной площади цеха:

9. Разработка строительного генплана

Мероприятия, обеспечивающие оптимальное размещение цехов

Проектирование генерального плана завода, расположение зданий и сооружений, а также транспортных путей на территории завода построено таким образом, что достигается наибольшая экономичность и целесообразность производственных процессов на минимальной территории. Завод разделен на предзаводскую, производскую, подсобную и складскую зоны.

В производственной зоне расположен главный производственный корпус. Насосная, котельная, компрессорная располагаются в подсобной зоне. В предзаводской зоне расположены: административно-бытовой корпус, гараж, стоянки служебного и личного транспорта. Склады цемента и готовой продукции расположены в складской зоне. На территории завода один основной выезд. Ширина проезжей части составляет не менее 5 метров.

Производственная зона и складская зона находятся в непосредственной близости друг от друга, что позволяет сократить транспортные потоки.

Территория предприятия озеленена деревьями, кустарниками, многолетними травами и газонами. Озеленение рассчитывалось как одно из средств уменьшения вредностей, связанных с производственной деятельностью предприятия: уменьшением шума, защитой пешеходных путей от пыли, а также стен и окон зданий от перегрева, улучшением условий труда и отдыха рабочих.

Основные производственные цеха (длина х ширина х высота, м):

1)  Главный производственный корпус (110х25х12);

Вспомогательные производства, здания и сооружения:

1)  административное здание (28х17х8);

2)  бытовое здание (13х5.5х5);

3)  стоянка для л/а (32х18);

4)  Котельная (12х8х5);

5)  Компрессорная (12х14х5);

6)  Столовая (14х13х4);

7)  Гараж (20х14х5)

Складская зона:

1)  Склад ГСМ и комплектующих (43х26х8);

2)  Склад сырья (72х107х8);

3)  Открытый склад сырья I (95.5x110);

4)  Открытый склад сырья II (200х115).

Технико-экономические показатели генерального плана:

1)  площадь территории предприятия

 м²;

2)  площадь застройки

3)  площадь под автомобильные дороги

 м²;

4)  площадь озеленения

 м²;

5)  коэффициент использования территории

К=%.

10. Бизнес-план изготовления полимер-песчанной черепицы

Полимер–песчаные изделия – это изделия, произведенные с использованием отходов полимеров (полиэтиленовые пакеты и ПЭТ-бутылки).

Выгодно ли заниматься этим производством и насколько быстро оно окупится?

Основные формы полимер-песчаных изделий – это облицовочная и тротуарная плитка, бордюрный камень, черепица и изредка канализационные люки.

Полимер-песчаные изделия обладают рядом полезных свойств:

Высокой ударопрочностью (по сравнению с цементно-песчаными изделиями) – они не бьются при монтаже, и при транспортировке;

долговечностью – срок их службы превышает 100 лет;

легкостью – полимер-песчаные изделия в два раза легче цементно-песчаных аналогов;

дешевизна;

не распространение пламени и электричества;

устойчивость к воздействию внешней среды – они выдерживают перепады температуры от -60 до +200 градусов, устойчивы к воздействию ультрафиолета, хорошо поглощают звук, и в этом их преимущество перед металлическими кровлями. Полимер-песчаная черепица не впитывает влагу, хорошо моется, не накапливает снега, до 30-ти лет сохраняет первоначальный цвет.

В Европе – это полимер-песчаная черепица ANDERA, получившая признание на разных выставках и одобрение Шведской ассоциации потребителей (SVK).

Технология производства полимер-песчаных материалов очень проста. Они состоят из полимера песка и красителя. Соотношение для черепицы – 24/75/1, для тротуарной плитки – 5/94/1.

Для работы вам будут нужны мягкие (пакеты, полиэтиленовая пленка) и жесткие (полистирол, полипропилен, ПЭТ-бутылки) полимеры. Их соотношение – 50/50. Нельзя использовать резину и тугоплавкие полимеры – поликарбонат, фторопласт.

Сырье для бизнеса можно найти на обычной свалке или пунктах приема вторсырья. Можно покупать отсортированные и очищенные отходы, но это обойдется значительно дороже, да и нужды большой в этом нет, потому что бумага и пищевые отходы выгорают и не окажут никакого влияния на качество продукции.

1 тонна неочищенных отходов в среднем по России – 3 тыс. рублей.

В качестве наполнителя для готовой продукции используется песок. Влажность песка должна быть не более 10%, а содержание глины не более 20%. Допустимая фракция – до 3 мм.

1 тонны просеянного сухого песка стоит в среднем по России – 300 рублей.

Третий компонент – это краситель «Bayerferrox» (компания Bayer). Его средняя стоимость – 90 руб./кг. Если работать без красителя то готовое изделие будет иметь серую окраску (бордюрный камень, тротуарная плитка).

Основные этапы технологического процесса:

Дробление полимерных отходов. Используем аппарат – дробилка полимеров ПТ 2003.00.000 (производительность 900 кг/час).

Полученную массу помещаем в экструзионную машину (Экструзионная машина ПТ 2004.00.000 производительностью 85 кг/час), там полимеры нагреваются и перемешиваются. Готовая масса остывает и слегка затвердевший конгломерат вновь помещается в дробилку для получения уже мелкой однородной фракции до 10 мм.

Полученная масса полимера, приготовленный песок и краситель смешивается и засыпается в агрегат плавильно-нагревательный (АПН ПТ 2002.00.000 производительностью 250 кг/час). Этот этап – самый ответственный, здесь происходит смешивание, нагревание массы и обволакивание каждой частицы песка полимером. Это достигается своеобразной конструкцией вала, лопасти которого продвигают массу с разной скоростью в трех зонах нагрева, и это приводит к качественному перемешиванию массы.

Полученную массу консистенции тугого пельменного теста помещаем в формовочный пресс, там массу кладем в пресс-формы, и под давлением (250 тонн) она охлаждается. Для получения тротуарной плитки масса охлаждается равномерно. Для получения черепицы, для придания ей блеска нижняя часть формы охлаждается быстрее, чем верхняя.

Средняя производительность такой производственной линии составляет 100 кв. м в сутки (две рабочие смены по 8 часов).

Для производства вам потребуется помещение площадью от 150 кв. м с приточной вентиляцией. Высота потолков – 4 м. Аренда такого помещения обойдется вам в среднем 15 тыс. руб./месяц.

Так как продукция и оборудование своеобразны и нестандартны, сертификатов и лицензии для производства не требуется.

Расчеты на 100 м² продукции:

полимер 520 кг х 3 р/кг = 1560 рублей

песок 1580 кг х 0,3 р/кг = 474 рубля

краситель 12,5 кг х 100 р/кг = 1250 рублей

электричество 25 кВт х 16 часов х 1,8 р/кВтч = 720 рублей

зарплата – 8 человек по 8000 р. = 64000 рублей в месяц: 30 =2133 рубля

водоснабжение – 100 рублей в день

аренда помещения – 15000: 30 = 500 рублей в день

транспортные расходы – 300 рублей в день (рассчитываются индивидуально).

Итого себестоимость 100 м² готовой продукции составит 7037 рублей.

Стоимость готовой продукции по разным производителям 250–400 рублей за 1 кв. м. Чтобы зарекомендовать себя и войти в рынок нужно взять нижнюю цену – 250 рублей за 1 кв. м. Следовательно, 100 кв. м. мы продадим за 25 тыс. рублей. Чистый доход за вычетом себестоимости – 17963 руб. в сутки.

Средняя стоимость производственной линии полимер-песчаных материалов (по разным производителям) – 900 000 рублей + 100 000 на транспортировку.

Следовательно, окупаемость линии при средней загруженности и работе в две смены – 1 000 000:17963 = 55 рабочих дней (3 календарных месяца).

Далее делаете заказ на изготовление всего оборудования по приобретенным чертежам на любом инструментальном предприятии или машиностроительном заводе в вашем городе. Срок изготовления всей линии зависит от мощностей завода и, как правило, не превышает 2 месяцев, и при этом ее производство будет стоить нам не более 200 тысяч рублей.

Подсчитаем окупаемость: (200000+20000 за чертежи): 17963 = 12,2 раб. дня.

То есть срок окупаемости при выборе этого способа получения оборудования уменьшится почти в пять раз.

Таким образом, производить полимер-песчаные материалы крайне выгодно и начать бизнес достаточно просто. К тому же производство полимер-песчаных изделий – это эффективное решение проблемы пластикового мусора.

Характеристика отдельных видов кровельных материалов в общем объеме кровельных покрытий

Заключение

Спроектированный в работе цех, удовлетворяет заданной годовой программе – 4018 м³ /год. Приведенные технико-экономические показатели позволяют говорить об эффективности принятых технических решений и о целесообразности производства полимерпесчаной черепицы экструзионно-прессовым способом.

В результате проектирования были получены следующие технико-экономические показатели:

– трудоёмкость выработки единицы продукции 1,52

– производительность труда 1296,3

– удельный расход электроэнергии 26,44

– энерговооруженность 29856,4 кВт/чел.

– съём с единицы производственной площади 0.04 .

Литература

1.  Монфред Ю.Б. Организация и планирование производства строительных конструкций. М.: Высшая школа, 1995 – 322 с.

2.  Дикман Л.Г. Организация, планирование и управление строительным производством. Учебник для строительных вузов. М., Высшая школа, 1976

3. Технологический регламент на процесс производства цементно-песчаной черепицы БРААС. ТР – 41546053–1–1–2005

4. Технические условия на производство цементно-песчанной черепицы ТУ 5756 – 002 – 41546053 – 03 (взамен ТУ 5756 – 001 – 41546053 – 98)

5. Дикман Л.Г. Организация строительного производства / Учебник для строительных Вузов / – М.: Издательство АСВ, 2003. – 512 стр.