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工程案例自动配料系统生产线技术方案

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自动配料系统生产线技术方案2021-03-11
随着科学技术的不断进步,防水涂料的种类日益增多,但迄今为止聚氨酯防水涂料仍被认为是世界上最好的。它们被称为液体橡胶,是聚氨酯甲酸酯橡胶的简称。它们具有耐水、耐低温、抗拉强度高、伸长率大、硬度和模量变化大、附着力好、耐磨、耐油、耐化学介质腐蚀等特点。灌装机广泛应用于防水的各个领域。聚氨酯防水涂料在中国的生产和应用也已有20多年的历史。“九五”以来,一直是建设部向建筑业推广的产品。为了满足聚氨酯防水涂料的市场需求,完善防水涂料体系,形成一系列低、中、高性能等级的防水涂料,2004年5月建成年产5000吨聚氨酯防水涂料的配料系统生产线。自生产以来,自动化配料系统生产线已生产近万吨单组分、双组分聚氨酯和喷涂聚脲涂料。该产品用于涂料、油漆、油墨、酒精、助剂、溶剂、盐酸等领域及工业和建筑涂料的部分。主持了生产线的建设。自从称重配料系统的生产线投产以来,他一直负责生产。几年的生产实践证明,称重配料系统的生产线是完善的,配料系统具有生产各种产品的功能,核心灌装系统和控制满足生产高质量涂料的工艺条件。灌装系统重点介绍自动配料系统的设计和运行,以及影响涂料生产和性能的主要因素。
1自动配料系统技术方案建设一条功能多、规模大、工艺灌装系统先进、现代电气控制和整体技术达到现代国际先进水平的自动配料系统生产线。自动配料系统是我公司聚氨酯防水涂料生产线的设计目标,也是自动配料系统建设的原则。
1.1自动配料系统生产线聚氨酯的设计功能和规模聚氨酯是聚合物主链上含有较多氨基甲酸酯基团(HCO)的一系列弹性体,根据不同的形状和功能可分为液体涂料、糊状密封材料、粘结材料、防腐耐磨材料等产品。根据不同的包装形式,它可以分为两大类:双组分(多组分)和单组分。单组分通过聚氨酯预聚物的NCo端基与空气中的水分反应固化成膜,而双组分通过甲组分的NC0端基与乙组分的催化剂按比例混合后反应固化成膜。根据当时国内外对聚氨酯材料的研究,喷涂聚脲弹性防水涂料已经悄然出现。聚氨酯防水涂料的品种、规格、性能和颜色也有多样化的趋势。为了使完成的生产线发挥最大的作用,使称重系统满足市场上多品种、高质量、大批量的需求,我们确定了称重系统生产线的设计目标如下:它具有生产单组分聚氨酯防水涂料、双组分喷涂聚脲弹性防水涂料、双组分建筑密封胶、路桥密封胶等多种产品的功能, 设计规模为每年5000吨(工艺管道等配套系统能力为每年10000吨,预留主要灌装系统)。
1.2聚氨酯材料自动配料系统生产线系统的组成和工艺流程是从原料到生产的化学反应过程。根据其组成和工艺,应属于精细化工产品,对配比、工艺控制参数和操作步骤有极其严格的要求。为此,我们对生产线的建设做了充分的初步研究。对国外聚氨酯涂料配料系统的工艺进行了深入的了解和研究。在此基础上,确定的自动配料系统生产线由液体物料储存、计量输送管道、反应釜、抽真空系统、充氮保护系统、加热冷却系统、废气清洗液回收处理系统、可编程控制器控制系统和灌装系统组成。为了节省建设投资,单组分和双组分反应罐分开设置,工艺管道系统等支撑系统共用。
1.3配料系统生产线核心以灌装系统和计量控制系统的,技术特点保证聚氨酯涂料生产和产品质量的核心灌装系统是反应釜和称重控制系统。在消化吸收国外先进技术的基础上,结合生产线功能、规模和整体技术水平的目标要求,在设计理念上进行了大胆创新,取得了成功。
2.1反应釜中聚氨酯配料系统涂装生产线的核心灌装系统为五个3 m有效容积和三个1 m3双搅拌双螺旋换热反应釜。聚氨酯自动化配料系统的生产是一个复杂的物理化学过程。改进其传质和传热过程是非常重要的,特别是对于反应速度相对较慢且有一定程度逆反应的有机反应。如何通过保证参与反应的组分在配料釜中充分、均匀混合,尽可能增加参与反应的组分的传质界面,保证搅拌釜中各层的温度基本上是保证反应速度和反应程度的关键。考虑到聚氨酯组分具有一定的粘度,ф1600配料罐仅靠单一类型的高速搅拌无法很好地解决问题。按照国际先进水平,该搅拌罐配备750 r/min变频调速高速桨式搅拌,50 r/min锚式低速刮料搅拌,确保刮料效果。锚搅拌叶片和计量罐壁之间只有5毫米的均匀间隙,使得计量罐和搅拌器难度不小。依靠与化工灌装系统专业制造商的密切合作,该灌装系统更好地满足了设计要求。聚氨酯生产也是一个反复加热和冷却的过程:聚醚加热和脱水、冷却反应、反应放热加热(热量必须及时排出)、冷却和排放。为了保证产品质量,根据工艺条件的要求,要求各阶段的温度控制和持续时间要高而准确。如果采用蒸汽加热和冷却水冷却,基本可以满足要求。然而,我们公司没有蒸汽锅炉。如果由于该生产线的需要而增加蒸汽锅炉,在项目投资、人员配备、管理等方面将需要较大的投资。经过反复考虑,最终创造性地采用了双螺旋加热冷却的方法。一路由螺旋导热油加热,另一路由螺旋传导冷却水冷却,以满足工艺条件的要求。更好地保证了生产各阶段的温度控制要求和升温降温速度。与夹套计量罐相比,螺杆本身可以起到加强筋的作用,降低对反应釜的要求,提高反应釜的承压能力。
2.2计量控制准确可靠地计量加入计量罐的各种原料,以及各种生产过程先进有效的控制手段,无疑是充分发挥液体灌装系统和称重系统作用,最终确保生产顺利和最终产品质量的必要因素。该生产线控制系统采用德国西门子公司S7-300系列产品。保证了称重系统技术的进步和稳定。选择易观看彩色触摸屏作为人机界面。高速色散由LG的变频控制。高速搅拌器可以在0到0-750转/分钟之间任意调节。反应釜能够满足不同生产阶段对搅拌速度的不同要求,从而保证整个控制系统的可靠性。配料系统从称重仪表中采集速度、温度、压力、流量、阀门开关和灌装系统运行状态等信号,通过RS485与人机界面的实施交换。为确保可靠性,温度、压力等所有过程指标均由两套远程和现场称重系统进行测量和显示。通过现场工艺参数测量、信号传输、集中显示和程序控制、信号反馈和现场执行,实现生产过程中温度和压力的自动控制和调节。涡街流量计一般用于测量主要液体材料,测量精度在0.5级以上。操作员在输送液体物料前设定所需量,然后按下启动按钮,阀门自动打开,液体物料泵自动开始输送液体物料。当液体物料达到设定值时,液体物料泵自动停止,阀门自动控制关闭。整个液体物料输送过程自动完成,无需人工干预。为了保证计量的准确性,我们还为每个配料罐配备了进口称重系统,该系统在一次计量后对添加到配料罐中的原料量进行二次计量检查,精度为0.5公斤。同时,为了保证成品的准确计量,生产线建立了成品自动配料系统。灌装和封盖的整个过程自动完成,精度为10 g。
3.影响配料性能的因素。
3.1自动配料系统生产线的运行生产线于2004年5月完工并投入运行。三年的生产实践证明,自动配料系统生产线达到了设计目标和要求,整体技术在国内自主设计制造的聚氨酯防水涂料自动配料系统生产线上处于领先水平。
3.2自动配料系统的生产过程保证了涂料的生产,质量因素保证了涂料的质量和性能。在保证灌装系统、配方和原料质量的前提下,生产过程中仍有许多因素需要注意。
3.2.1原材料的储存和运输是质量保证的前提。除了选择供应商之外,原材料的储存和运输,特别是聚醚、甲苯二异氰酸酯和溶剂等化学材料,也值得关注。为了保证原料在各种环境下的粘度稳定,聚醚储存在计量罐中,每个计量罐都装有节能加热器,输送管道上装有导热油。甲苯二异氰酸酯原料的低温储存会削弱其效果。因此,设置了恒温干燥室和单独的进料问题。由于甲苯二异氰酸酯是有毒原料,我们建立了严格的收集系统。3.2.2整个加料过程中计量准确的涂料制备原料分为粉末和液体两种。液体物料在可编程控制器的控制下自动计量。根据粘度选择不同的流量计。体积流量计用于高粘度,涡流流量计用于低粘度。由于反应容器配有称重系统,输送管道均由耐高温金属软管连接。直径大于40毫米的软管水平连接到液体分配罐的连接部分,以避免称重误差。
3.2.3配液罐的温度控制和压力控制对聚氨酯防水涂料生产过程各阶段的温度和压力工艺指标有严格要求。为了解决远程压力传输仪表可靠性低的问题,我们设置了现场压力表。即使对于热阻等可靠性高的仪器,我们也设置了现场测温装置,确保生产过程的工艺指标能够得到无故障的控制,最终保证生产安全和产品质量。
3.2.4搅拌聚氨酯防水涂料生产中的脱水和脱水是关键工序,特别是对于单组分,在加入液体和粉末后,在加入TID进行反应前,必须进行真空加热、抽气和脱水。脱水过程中,液体制备罐的温度应控制在100℃以上,直至含水量降至要求的水平。搅拌也是涂层制备中的一个关键因素。通过搅拌使各组分(液-液、液-固)混合均匀,使反应充分,当加入粉末和TID时,混合物迅速充分搅拌。由于搅拌过程中摩擦生热,应采取散热措施,使材料稳定在工艺要求。
3.2.5氮气保护对于单组分涂层的制备非常重要。充氮称重系统在整个生产过程中非常重要。它为液体分配罐提供保护。在排放过程中,从液体分配罐上方充入氮气,以将聚氨酯产品与空气中的水分分离,从而保护聚氨酯。
3.2.6严格的工艺管理聚氨酯防水涂料的生产不同于传统防水涂料(如改性沥青卷材)的生产,是一种完全意义上的化学生产。对人员素质、严格的管理制度和严格准确的操作控制的要求与普通防水材料相比是不可比拟的。如果对此认识不足,达不到标准,不仅不能保证产品质量,甚至操作和安全事故的发生也不是危言耸听,应该引起足够的重视。因此,严格的过程管理方法和安全体系保证了生产线投产以来的安全顺利生产。


 
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