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| 影響配料系統(tǒng)生產(chǎn)線設(shè)備質(zhì)量的因素 | 2020-01-07 |
| 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，涂料的種類日益增多。然而，到目前為止，聚氨酯涂料仍然被認(rèn)為是好的功能涂料。它們被譽(yù)為液體橡膠，是聚氨酯甲酸酯橡膠的簡(jiǎn)稱。由于其耐添加劑、低溫、高拉伸強(qiáng)度、大伸長(zhǎng)率、硬度和模量變化大、粘附性好、耐磨性、耐油性和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的特性，它們被廣泛用作各種領(lǐng)域的抗添加劑。聚氨酯防添加劑涂料在中國(guó)的生產(chǎn)和應(yīng)用也已有20多年的歷史。“九五”以來(lái)，它一直是建設(shè)部向建筑業(yè)推廣的產(chǎn)品。為了滿足聚氨酯抗添加劑涂料的市場(chǎng)需求，完善抗添加劑涂料體系，形成低、中、高性能抗添加劑涂料系列，2004年5月建成年產(chǎn)5000噸聚氨酯抗添加劑涂料灌裝機(jī)生產(chǎn)線。灌裝機(jī)生產(chǎn)線自投產(chǎn)以來(lái)，已生產(chǎn)近10，000噸單組分和雙組分聚氨酯和噴涂聚脲涂料。該產(chǎn)品用于廚房、衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)、地下室、游泳池、污水添加劑處理池、地鐵、高速鐵路等領(lǐng)域及工業(yè)和民用建筑的部分防添加劑。作者主持了生產(chǎn)線的建設(shè)，并負(fù)責(zé)配料系統(tǒng)生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)。幾年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，配料系統(tǒng)生產(chǎn)線系統(tǒng)完善，配料系統(tǒng)具有生產(chǎn)各種產(chǎn)品的功能，核心液體灌裝機(jī)和控制器滿足生產(chǎn)高質(zhì)量涂料的工藝條件。本文主要介紹配料系統(tǒng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和運(yùn)行以及影響涂料生產(chǎn)和性能的主要因素。 1配料系統(tǒng)生產(chǎn)線的技術(shù)方案是用現(xiàn)代的輔助桶，建設(shè)一條多功能、大規(guī)模、工藝設(shè)備、現(xiàn)代電氣控制和整體技術(shù)的配料系統(tǒng)生產(chǎn)線。配料系統(tǒng)是公司聚氨酯防輔助涂層生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也是配料系統(tǒng)生產(chǎn)線建設(shè)遵循的原則。 1.1配料系統(tǒng)生產(chǎn)線聚氨酯的設(shè)計(jì)功能和規(guī)模聚氨酯是聚合物主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)(NHCO)的一系列彈性體，根據(jù)不同的形狀和功能可分為液體涂料、糊狀密封材料、粘結(jié)材料、防腐耐磨材料等產(chǎn)品。根據(jù)不同的包裝形式，它可以分為兩大類:雙組分(多組分)和單組分。單組分通過(guò)聚氨酯預(yù)聚物的NCo端基與空氣中的水分反應(yīng)固化成膜，而雙組分通過(guò)甲組分的NC0端基與乙組分的催化劑按比例混合后反應(yīng)固化成膜。另一方面，根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外聚氨酯材料市場(chǎng)的調(diào)查，噴涂聚脲彈性防添加劑涂料已經(jīng)悄然出現(xiàn)。聚氨酯防添加劑涂料的品種、規(guī)格、性能和顏色也有多樣化的趨勢(shì)。為了限度地發(fā)揮已完工生產(chǎn)線的功能，使配料系統(tǒng)適應(yīng)市場(chǎng)多品種、高質(zhì)量、大批量的需求，我們確定了生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下:具有生產(chǎn)單組分和雙組分聚氨酯防添加劑涂料、雙組分噴涂聚脲彈性防添加劑涂料、雙組分建筑密封膠和路橋密封膠等功能。設(shè)計(jì)規(guī)模為每年5000噸(工藝管道等支撐系統(tǒng)的能力為每年10000噸，預(yù)留主充液機(jī))。1.2配料系統(tǒng)生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成和工藝流程從原材料到生產(chǎn)中添加聚氨酯材料是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。根據(jù)其組成和工藝，聚氨酯材料應(yīng)屬于精細(xì)化工產(chǎn)品，對(duì)配比、工藝控制參數(shù)和操作步驟有極其嚴(yán)格的要求。為此，我們對(duì)生產(chǎn)線建設(shè)進(jìn)行了充分的初步研究，并對(duì)國(guó)外聚氨酯涂料配料系統(tǒng)的工藝設(shè)備進(jìn)行了深入的了解和調(diào)研。在此基礎(chǔ)上，確定配料系統(tǒng)生產(chǎn)線由液體物料儲(chǔ)存、計(jì)量輸送管道、反應(yīng)容器、抽真空稱重系統(tǒng)、充氮保護(hù)稱重系統(tǒng)、加熱和冷卻稱重系統(tǒng)、廢氣和清洗液回收處理稱重系統(tǒng)、可編程序控制器自動(dòng)灌裝機(jī)和自動(dòng)灌裝系統(tǒng)組成。為了節(jié)省建設(shè)投資，單組分和雙組分反應(yīng)罐分開設(shè)置，工藝管道系統(tǒng)等支撐系統(tǒng)共用。 1.3配料系統(tǒng)生產(chǎn)線工藝芯液灌裝機(jī)和計(jì)量自動(dòng)灌裝機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)保證聚氨酯涂料生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的芯液灌裝機(jī)是反應(yīng)釜和稱重自動(dòng)灌裝機(jī)。在消化吸收技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)線對(duì)功能、規(guī)模和整體技術(shù)輔桶的目標(biāo)要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)理念上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，取得了成功。 2.1反應(yīng)釜聚氨酯配料系統(tǒng)涂裝生產(chǎn)線的芯液灌裝機(jī)由5個(gè)有效容積為3m、3 1m3的雙攪拌雙螺旋換熱反應(yīng)釜組成。該結(jié)構(gòu)如圖2所示。聚氨酯配料系統(tǒng)的生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。改進(jìn)其傳質(zhì)和傳熱過(guò)程是非常重要的，特別是對(duì)于反應(yīng)速度相對(duì)較慢且有一定程度逆反應(yīng)的有機(jī)反應(yīng)。如何保證參與反應(yīng)的組分在配料釜中充分、均勻混合，盡可能增加參與反應(yīng)組分的傳質(zhì)界面，保證攪拌釜中各層溫度基本相同，是保證反應(yīng)速度和反應(yīng)程度的關(guān)鍵。考慮到聚氨酯組分具有一定的粘度，ф1600配料罐僅靠單一類型的高速攪拌無(wú)法很好地解決問題。根據(jù)的添加劑桶，該攪拌罐配備750 r/min變頻調(diào)速高速槳式攪拌，50 r/min錨式低速刮料攪拌，確保刮料效果。錨攪拌葉片和計(jì)量罐壁之間只有5毫米的均勻間隙，使得計(jì)量罐和攪拌器難度不小。依靠與化工液體灌裝機(jī)專業(yè)制造商的密切合作，液體灌裝機(jī)更好地滿足了設(shè)計(jì)要求。聚氨酯生產(chǎn)也是一個(gè)反復(fù)加熱和冷卻的過(guò)程:聚醚加熱和去除添加劑、冷卻反應(yīng)、反應(yīng)放熱(熱量必須及時(shí)去除)、冷卻和排放等。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)工藝條件的要求，要求各階段的溫度控制和持續(xù)時(shí)間要高而準(zhǔn)確。如果使用蒸汽加熱和冷卻添加劑來(lái)降低溫度，基本上可以滿足要求。然而，我們公司沒有蒸汽鍋爐。如果由于該生產(chǎn)線的需要而增加蒸汽鍋爐，在項(xiàng)目投資、人員配備、管理等方面將需要較大的投資。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，最終創(chuàng)造性地采用了雙螺旋加熱冷卻的方法。一路由螺旋導(dǎo)熱油加熱，另一路由螺旋導(dǎo)熱冷卻添加劑冷卻，以滿足工藝條件的要求。更好地保證了生產(chǎn)各階段的溫度控制要求和升溫降溫速度。與夾套計(jì)量罐相比，螺桿本身可以起到加強(qiáng)筋的作用，降低對(duì)反應(yīng)釜的要求，提高反應(yīng)釜的承壓能力。 2.2計(jì)量控制準(zhǔn)確可靠地計(jì)量加入計(jì)量罐的各種原料，以及各種生產(chǎn)過(guò)程有效的控制手段，無(wú)疑是充分發(fā)揮液體灌裝機(jī)和稱重系統(tǒng)作用，最終確保生產(chǎn)順利和最終產(chǎn)品質(zhì)量的必要因素。該生產(chǎn)線自動(dòng)灌裝機(jī)的配料系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司S7-300系列產(chǎn)品，保證了稱重系統(tǒng)技術(shù)的性和穩(wěn)定性。選擇易觀看彩色觸摸屏作為稱重儀表。高速分散由LG變頻控制，高速攪拌器可在0-750轉(zhuǎn)/分鐘之間任意調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)各個(gè)階段對(duì)攪拌速度的不同要求，從而保證整個(gè)自動(dòng)灌裝機(jī)的可靠性。配料系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)稱重儀表中采集液體灌裝機(jī)的速度、溫度、壓力、流量、閥門開關(guān)和運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào)，并通過(guò)RS485接口實(shí)現(xiàn)與稱重儀表的實(shí)時(shí)快速信息交換。為確?？煽啃?，溫度、壓力等所有過(guò)程指標(biāo)均由兩套遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)稱重系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量和顯示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)測(cè)量、信號(hào)傳輸、集中顯示和程序控制、信號(hào)反饋和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中溫度和壓力的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)。渦街流量計(jì)一般用于測(cè)量主要液體材料，測(cè)量精度在0.5級(jí)以上。操作員在輸送液體物料前設(shè)定所需量，然后按下啟動(dòng)按鈕，閥門自動(dòng)打開，液體物料泵自動(dòng)開始輸送液體物料。當(dāng)液體物料達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液體物料泵自動(dòng)停止，閥門自動(dòng)控制關(guān)閉。整個(gè)液體物料輸送過(guò)程自動(dòng)完成，無(wú)需人工干預(yù)。為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，我們還為每個(gè)配料罐配備了進(jìn)口電子秤稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一次計(jì)量后對(duì)添加到配料罐中的原料量進(jìn)行二次計(jì)量檢查，精度為0.5公斤。同時(shí)，為了保證最終產(chǎn)品的準(zhǔn)確計(jì)量，生產(chǎn)線配備了成品配料系統(tǒng)，罐裝和封蓋的整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成，精度為10g g。 3.影響配料系統(tǒng)性能的因素。 3.1配料系統(tǒng)生產(chǎn)線的運(yùn)行生產(chǎn)線于2004年5月完工并投入運(yùn)行。三年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，配料系統(tǒng)生產(chǎn)線達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。整體技術(shù)在國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造的聚氨酯防助劑涂料配料系統(tǒng)生產(chǎn)線上擁有技術(shù)的助劑桶。 3.2配料系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程保證了涂料的生產(chǎn)，質(zhì)量因素保證了涂料的質(zhì)量和性能。在保證液體灌裝機(jī)、配方和原料質(zhì)量的前提下，生產(chǎn)過(guò)程中需要注意許多因素。 3.2.1原材料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是質(zhì)量保證的前提。除了選擇供應(yīng)商之外，原材料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，特別是聚醚、甲苯二異氰酸酯和溶劑等化學(xué)材料，也值得關(guān)注。為了保證原料在各種環(huán)境下的粘度穩(wěn)定，聚醚儲(chǔ)存在計(jì)量罐中，每個(gè)計(jì)量罐都裝有節(jié)能加熱器，輸送管道上裝有導(dǎo)熱油。甲苯二異氰酸酯原料的低溫儲(chǔ)存會(huì)削弱其效果。因此，設(shè)置了恒溫干燥室和單獨(dú)的進(jìn)料問題。由于甲苯二異氰酸酯是有毒原料，我們建立了嚴(yán)格的收集系統(tǒng)。3.2.2整個(gè)加料過(guò)程中計(jì)量準(zhǔn)確的涂料制備原料分為粉末和液體兩種。液體物料在配料系統(tǒng)的控制下自動(dòng)計(jì)量。根據(jù)粘度選擇不同的流量計(jì)。體積流量計(jì)用于高粘度，渦流流量計(jì)用于低粘度。由于反應(yīng)容器配有稱重系統(tǒng)，輸送管道均由耐高溫金屬軟管連接。對(duì)于直徑大于40毫米的軟管，在與液體分配罐的連接部分使用輔助桶，以避免稱重誤差。 3.2.3配液罐的溫度控制和壓力控制對(duì)聚氨酯防添加劑涂料生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)階段的溫度和壓力工藝指標(biāo)有嚴(yán)格的要求。為了解決遠(yuǎn)程壓力傳輸儀表可靠性低的問題，我們?cè)O(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)壓力表。即使對(duì)于熱阻等可靠性高的儀器，我們也設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫裝置，確保生產(chǎn)過(guò)程的工藝指標(biāo)得到控制，最終確保生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量。 3.2.4去除添加劑和攪拌聚氨酯抗添加劑涂層是生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。特別是，在加入液體和粉末后，在加入TID進(jìn)行反應(yīng)之前，單一組分必須經(jīng)過(guò)真空加熱、空氣提取和除去添加劑。在去除添加劑的過(guò)程中，液體制備罐的溫度應(yīng)控制在100℃以上，直到添加劑落入工藝要求的添加劑罐中。攪拌也是涂層制備中的一個(gè)關(guān)鍵因素。通過(guò)攪拌使各組分(液-液、液-固)混合均勻，使反應(yīng)充分，當(dāng)加入粉末和TID時(shí)，混合物迅速充分?jǐn)嚢?。由于攪拌過(guò)程中摩擦生熱，應(yīng)采取散熱措施，使材料穩(wěn)定在工藝要求。 3.2.5氮?dú)獗Ｗo(hù)對(duì)于單組分涂層的制備非常重要。充氮稱重系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中非常重要。它為液體分配罐提供保護(hù)。在排放過(guò)程中，氮?dú)鈴囊后w分配罐上方注入，將聚氨酯產(chǎn)品與空氣中的添加劑分離，從而保護(hù)聚氨酯。 3.2.6嚴(yán)格的工藝管理聚氨酯防添加劑涂料的生產(chǎn)不同于傳統(tǒng)防添加劑涂料(如改性瀝青卷材)的生產(chǎn)，是一種意義上的化學(xué)生產(chǎn)。對(duì)人員素質(zhì)、嚴(yán)格的管理規(guī)定和嚴(yán)格準(zhǔn)確的操作控制的要求無(wú)法與一般抗添加劑材料的生產(chǎn)相媲美。如果對(duì)此認(rèn)識(shí)不足，無(wú)法達(dá)到合適的添加劑桶，不僅不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，甚至操作和安全事故的發(fā)生也不是危言聳聽，應(yīng)該引起足夠的重視。因此，嚴(yán)格的過(guò)程管理方法和安全體系保證了生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)的安全順利生產(chǎn)。 | |
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