How large factory workshop area is suitable for twin screw compounding extrusion production line

Вопрос о том, какая площадь производственного цеха подходит для линии производства компаундирования и экструзии двухшнековых машин, имеет обманчиво простой ответ и действительно сложное обоснование. Простой ответ заключается в том, что одна линия среднего размера занимает прямоугольный производственный пролет площадью примерно от 180 до 450 квадратных метров в зависимости от класса машины, а полный завод, способный правильно эксплуатировать эту линию, требует примерно в 2,2–2,8 раза большей площади с учетом складских помещений, зон смешивания, лабораторных площадей и служебных помещений. Сложная часть — это все факторы, определяющие, где именно в этих диапазонах окажется конкретный проект: диаметр шнека, отношение длины к диаметру (L/D), метод гранулирования, количество боковых дозаторов, поступают ли порошки в мешках или из бункеров навалом, сколько дней запаса сырья требует бизнес-модель и сколько места владелец готов заморозить сегодня для второй и третьей линий, которые почти наверняка последуют.

Ошибка в этом вопросе обходится дорого способами, которые никогда не отражаются в заказе на поставку. Заводы по компаундированию, построенные слишком тесно, не могут извлекать шнеки без демонтажа соседнего оборудования, не могут подвести вилочный погрузчик к гранулятору с воздушным охлаждением жгутов, не могут разместить гидравлику фильтра расплава и в итоге хранят мешки с сырьем в проходе для обслуживания, потому что склад заполняется на третьей неделе. Заводы, построенные с избыточным запасом, сжигают капитал на оболочке здания, которая остается наполовину пустой, и на системах распределения коммуникаций, работающих с низкой эффективностью. Инженерная цель — создать цех, который комфортно вмещает линию сегодня, поглощает расширение мощности без конструктивных изменений и сохраняет линейный поток материалов, чтобы черный матчинг никогда не пересекался с компаундом инженерного пластика светлого цвета.

Это руководство проходит через размерную логику слой за слоем. Оно начинается с класса машины и производительности, формирует длину линии как текущий бюджет по метрам, добавляет ширину для проходов и зоны извлечения шнеков, устанавливает высоту помещения и грузоподъемность крана, затем накладывает вспомогательные зоны и коммуникации, которые превращают машину в завод. Каждая цифра представлена как диапазон планирования, а не гарантия, поскольку окончательные размеры всегда зависят от конкретной конфигурации, подтвержденной на генеральном плане компоновки. Kerke, завод Wanplas, который более двенадцати лет специализируется исключительно на параллельных двухшнековых машинах для компаундирования с соосным вращением шнеков, выпускает этот чертеж как часть каждого проекта, и диапазоны ниже — это те, которые инженерная команда использует для ответа на вопрос клиента, возникающий до появления какого-либо чертежа: сколько здания мне нужно арендовать или построить?

Начните с класса машины: производительность, мощность двигателя и класс крутящего момента

Расчет размеров цеха начинается с класса машины, поскольку диаметр шнека определяет длину цилиндра, длина цилиндра определяет зону извлечения шнеков, а установленная мощность двигателя определяет трансформатор, нагрузку на охлаждение и интенсивность вентиляции. На китайском и экспортном рынках параллельные двухшнековые машины для компаундирования с соосным вращением шнеков обозначаются номинальным диаметром шнека в миллиметрах, образуя привычную лестницу SHJ-35, SHJ-52, SHJ-65, SHJ-75, SHJ-95 и SHJ-135. Серия KTE от Kerke охватывает ту же лестницу от лабораторных машин KTE-16B до производственных машин KTE-135D, и соответствие прямое: KTE-75 занимает тот же класс, что и любой другой экструдер класса SHJ-75 с точки зрения требуемого пространства.

Приведенные ниже показатели производительности предполагают mainstream filled or reinforced compound (основной наполненный или армированный компаунд) при умеренном удельном энергопотреблении. Реальная производительность сильно варьируется в зависимости от рецептуры: высоконаполненный матчинг карбоната кальция на SHJ-65 может превышать верхнее значение, тогда как термочувствительный кабельный компаунд, работающий при низкой скорости шнека, может находиться ниже нижнего значения. Для планирования цеха используйте среднюю точку диапазона, поскольку здание должно вмещать машину, а не рецепт.

Справочная таблица классов машин

Из этой таблицы напрямую следуют три последствия, которые задают тон всему остальному. Во-первых, мощность двигателя примерно удваивается с каждым шагом вверх по лестнице, поэтому электрическая комната, кабельный канал и номинал шины растут быстрее, чем площадь пола. Во-вторых, класс крутящего момента определяет, насколько короткой может быть линия для заданной производительности: высокомоментный редуктор при 12–14 Н·м/см³ позволяет SHJ-65 выполнять работу, для которой машине с 8 Н·м/см³ потребовался бы SHJ-75, что экономит три-четыре метра длины здания. В-третьих, L/D напрямую определяет зону извлечения шнеков, и клиент, указывающий 56 L/D для сложной задачи деволатилизации, только что добавил около метра постоянно зарезервированного коридора по сравнению с конфигурацией 44 L/D.

Практическое примечание по планированию для всех, кто сравнивает поставщиков: европейские производители, такие как Coperion и Leistritz, публикуют чертежи компоновки на той же размерной логике, поэтому цех, спроектированный под Kerke KTE-75, как правило, вместит эквивалентную импортную машину с лишь незначительными изменениями в положениях анкеров и точках подключения коммуникаций. Габариты здания — это решение по классу, а не по бренду. Что меняется между поставщиками, так это длина редуктора, способ крепления двигателя и расположение масляной станции (под или рядом с базовой рамой), и это влияет на проход с одной стороны на 200–400 миллиметров.

Разбивка длины линии: бюджет по метрам секция за секцией

Наиболее полезная дисциплина планирования — перестать думать о линии компаундирования как об одной машине и начать относиться к ней как к текущему бюджету по метрам из восьми-одиннадцати дискретных станций. Каждая станция имеет площадь основания вдоль оси линии, каждой паре станций нужен рабочий зазор, а сумма представляет собой минимальную длину пролета до добавления концевых проходов с обоих концов. Приведенный ниже бюджет написан для линии класса SHJ-75 с гранулированием жгутов с водяным охлаждением, что является наиболее распространенной конфигурацией, которую Kerke поставляет производителям компаундов инженерных пластиков, кабельных компаундов и термопластичных эластомеров.

Бюджет длины по станциям (справка для класса SHJ-75)

Сложение средних значений дает около 20 метров для линии SHJ-75, что попадает прямо в диапазон планирования 18–22 метра. Тот же расчет, повторенный для других классов, дает справочные длины, от которых отталкиваются большинство проектировщиков заводов по компаундированию, и они сведены ниже. Обратите внимание, что это длины линии, а не пролета: пролет должен добавлять концевой проход на конце подачи для доставки материалов и концевой проход на конце упаковки для удаления поддонов, обычно по 2,0–3,0 метра каждый.

Типичная общая длина линии и длина пролета

Выбор метода гранулирования является самым большим одиночным рычагом влияния на длину линии, и Kerke поставляет шесть вариантов: гранулирование жгутов с водяным охлаждением, гранулирование жгутов с воздушным охлаждением, горячая резка у матрицы с воздушным охлаждением, горячая резка у матрицы с водяным кольцом, эксцентриковая горячая резка с водным туманом и полное подводное гранулирование. Системы с водяным кольцом и подводные системы удаляют ванну охлаждения и сушилку с воздушным ножом, заменяя их компактным контуром технологической воды, центрифужной сушилкой и баком для воды. Чистый эффект — линия на три-пять метров короче, но получающая шесть-десять квадратных метров дополнительной площади боковой площадки и более требовательные требования к обработке технологической воды. Для низковязких марок, липких термопластичных эластомеров и высоконаполненных компаундов, которые не образуют стабильных жгутов, этот компромисс не является опциональным, и цех должен планироваться с учетом этого с самого начала.

Планирование ширины: проходы для обслуживания и зона извлечения шнеков

Ширина — это то место, где большинство компоновок цехов по компаундированию терпят неудачу, потому что длина очевидна на чертеже, а ширина — нет. Двухшнековый экструдер — узкая машина, обычно 1,2–1,8 метра в ширину по базовой раме, и неопытный планировщик смотрит на это число и делает вывод, что линия помещается в пролет шириной четыре метра. Это не так. Цилиндр нужно открыть, валы шнеков должны быть извлечены, боковой дозатор выступает вбок, вакуумная установка стоит рядом, и два человека с инструментами должны разойтись, пока машина горячая.

Правило прохода шириной 1,2 метра

Управляющий принцип состоит в том, что чистый проход для обслуживания шириной не менее 1,2 метра должен существовать с обеих сторон центральной оси основной машины, измеряемый от самого широкого выступа оборудования, а не от базовой рамы. Это соответствует философии доступа и эвакуации в ISO 14122 для постоянных средств доступа к машинам и общепринятой промышленной практике для горячего оборудования. На практике сторону оператора следует расширить до 1,5 метра, потому что именно там находятся шкаф управления, станция дозаправки дозатора и точка отбора проб, и потому что оператору, несущему мешок весом 25 килограммов, требуется больше пространства, чем технику с гаечным ключом.

Добавление выступов дает реалистичную ширину коридора на линию. Корпус машины SHJ-65 с боковым дозатором имеет ширину примерно 2,2–2,6 метра, поэтому коридор становится 2,4 метра машины плюс 1,5 метра плюс 1,2 метра, или около 5,1 метра. SHJ-135 с двумя боковыми дозаторами и боковым дегазирующим устройством может достигать ширины машины 3,8–4,5 метра, выталкивая коридор за семь метров. Приведенная ниже таблица сводит числа, используемые на стадии концепции.

Ширина коридора и зазор для извлечения шнеков по классам моделей

Где разместить коридор для извлечения шнеков

Зона извлечения шнеков заслуживает отдельного решения, а не поглощения в допуске на проход. Валы шнеков на сегментированном двухшнековом экструдере с соосным вращением извлекаются вдоль оси машины, и зарезервированное расстояние равно длине вала плюс 1,5 метра запаса безопасности для тележки извлечения, строповки и техника, стоящего позади нее. Для SHJ-75, построенного при 48 L/D, вал имеет длину 3,6 метра, а зона составляет 5,2 метра. При 52 L/D той же машине требуется 5,4 метра, а при 56 L/D — 5,7 метра.

Есть три практических способа обеспечить это пространство, и каждый имеет стоимость в площади здания:

• Осевое резервирование на конце матрицы. Технически самый чистый вариант, поскольку валы выходят в направлении их естественного движения. Проблема в том, что последующее оборудование занимает именно это пространство, поэтому это работает только если ванна охлаждения и гранулятор установлены на колесных или рельсовых рамах, которые откатываются в сторону. Это предпочтительная компоновка на линиях Kerke выше класса SHJ-75, и она не требует дополнительной постоянной площади пола, только дисциплины поддержания пути отката свободным.
• Осевое резервирование на конце привода. Используется там, где компоновка ставит двигатель к стене, которая может иметь съемную панель. Редко практично в арендованном здании.
• Боковое извлечение с помощью крана и сегментированный подход. Секции цилиндра откручиваются и поднимаются по одной, а валы извлекаются поэтапно. Это требует меньше осевого пространства, но требует большего охвата крана и большей ширины прохода, обычно 2,0 метра на стороне извлечения вместо 1,2 метра.

Какой бы путь ни был выбран, коридор должен быть отмечен на полу и рассматриваться как зона без хранения. Наиболее частое наблюдение во время аудита завода — это то, что коридор для извлечения шнеков незаметно стал парковкой поддонов, и при первом извлечении шнеков для сложной переналадки окно обслуживания удваивается. Постоянная разметка пола контрастного цвета, нанесенная при укладке эпоксидного покрытия, ничего не стоит и экономит часы.

Боковые требования боковых дозаторов и вакуумных станций

Боковые дозаторы — основные потребители пространства в ширину. Двухшнековый боковой дозатор для стекловолокна или минерального наполнителя на SHJ-75 выступает на 0,9–1,4 метра от цилиндра и имеет собственный бункер, привод и часто весовой дозатор с потерей массы на небольшой платформе. Если компаунд требует двух боковых дозаторов, например, стекловолокно в одной позиции и минеральный наполнитель в другой, оба обычно размещаются с одной стороны, чтобы противоположный проход оставался чистым для обслуживания цилиндра. Если рецепт требует жидкостного дозатора для масел, пластификаторов или силанов, насосная станция впрыска добавляет еще 0,6–1,0 метра и требует обвалованной площади пола для локализации разливов.

Станция вакуумирования — второй потребитель пространства в ширину. Вакуумный насос с водяным кольцом и сепаратором для SHJ-95 занимает примерно 1,2 на 1,6 метра и должен находиться в пределах трех-четырех метров от порта выпуска воздуха, чтобы избежать конденсации и потери давления во всасывающей линии. Ему нужен трап в полу, а при задачах с большим содержанием летучих веществ — вытяжной зонт, подключенный к системе вентиляции цеха. Планирование вакуумной установки как второстепенного вопроса приводит к тому, что всасывающая линия проходит восемь метров через пешеходную зону.

Высота помещения,feeding mezzanines (межэтажные площадки подачи) и выбор крана

Чистая высота на основном уровне машины должна планироваться на уровне 5–6 метров, и эта цифра определяется тремя накопленными требованиями, а не самой машиной. Экструдер имеет высоту всего около 2,2 метра в месте основного бункера. Что потребляет вертикальное пространство — это гравиметрическая система подачи над ним, кран, необходимый для обслуживания цепочки цилиндров, и на заводах с обработкой навалом — структура транспортировки и силосы, питающие межэтажную площадку.

Построение вертикальной стопки

Поднимаясь от чистого пола, типичный пролет компаундирования складывается следующим образом. Центральная ось экструдера находится на высоте 1,0–1,3 метра. Основное горловое отверстие находится примерно на высоте 1,9–2,3 метра. Весовые дозаторы с потерей массы выгружаются самотеком в это горло и требуют своего выпускного патрубка на 0,4–0,6 метра выше него, что размещает палубу платформы дозатора на высоте 3,0–3,5 метра. Над дозаторами бункеры дозаправки или приемники вакуумной транспортировки требуют 1,0–1,5 метра, поднимая верх узла подачи примерно до 4,5–5,0 метра. Крюк крана должен проходить над этим узлом при перемещении, а балка крана находится над крюком.

Практический результат — требуемая высота под крюком 5,0–6,0 метров и высота карниза здания 7,0–8,5 метра для пролета с мостовым краном. Где вместо полного мостового крана используется монорельсовая лебедка над осью цилиндра, высота карниза может быть сокращена до 6,5–7,0 метров, ценой потери охвата краном последующего оборудования. Для заводов, которые намерены поднимать только секции цилиндра и валы шнеков и довольствуются привлечением мобильного крана для начальной установки редуктора и двигателя, вариант с монорельсом является разумной экономией.

Выбор тоннажа крана

Грузоподъемность крана выбирается по самому тяжелому компоненту, который будет подниматься во время планового обслуживания, что почти всегда секция цилиндра, а не редуктор. Секции цилиндра на сегментированной машине обычно имеют длину 4 D и изготовлены из кованой или литой легированной стали с биметаллической гильзой, поэтому их масса примерно пропорциональна кубу диаметра. Редуктор и главный двигатель тяжелее, но поднимаются только при установке и капитальном ремонте, когда мобильный кран или временные порталы могут быть введены через роллетные ворота.

Таблица планирования чистой высоты и грузоподъемности крана

Два деталя стоит зафиксировать заранее с проектировщиком здания. Во-первых, охват путей крана должен выходить за пределы цепочки цилиндров, чтобы достигать насоса расплава, фильтра расплава и желательно гранулятора, потому что эти компоненты чаще всего снимаются для обслуживания. Путь, заканчивающийся на головке матрицы, заставляет каждое последующее поднятие использовать портальный кран. Во-вторых, кран должен иметь возможность добраться до роллетных ворот, чтобы компонент можно было опустить прямо на платформу грузовика. Кран, который охватывает машину, но не может добраться до двери, означает, что каждая замена детали включает волочение по полу через готовое эпоксидное покрытие.

Примечания по конструкции межэтажной площадки

Межэтажная площадка подачи несет гравиметрические дозаторы, а точность гравиметрических дозаторов зависит от структуры, на которой они стоят. Весовой дозатор с потерей массы разрешает изменения массы порядка граммов, поэтому любая вибрация, передаваемая от основания экструдера, воздуходувки или соседнего прохода вилочного погрузчика, проявляется как шум дозирования. Межэтажная площадка должна поэтому быть конструктивно независимой от рамы экструдера, с колоннами, установленными на плите вдали от фундамента машины, и она должна проектироваться с более жестким ограничением прогиба, чем общая платформа доступа, обычно пролет/500 вместо пролета/250. Живая нагрузка палубы 500–750 килограммов на квадратный метр покрывает дозаторы, мешки дозаправки и одного оператора с ручной тележкой. Ширина лестницы 900 миллиметров с площадкой наверху позволяет безопасно поднимать мешок весом 25 килограммов, а небольшой сервисный подъемник или вакуумный захват для мешков настоятельно предпочтительнее ручного переноса выше 3 метров.

Вспомогательные зоны: склад, смешивание, лаборатория и служебные помещения

Производственный пролет обычно составляет только 35–45 процентов от общего здания. Остальное — это хранение сырья, предварительное смешивание, готовая продукция, контроль качества, электрические и механические служебные помещения и циркуляция. Недооценка этой доли — самая распространенная ошибка планирования, и именно поэтому многие заводы по компаундированию работают с мешками, сложенными в проходах, в течение года после ввода в эксплуатацию.

Расчет размеров склада сырья

Хранение сырья рассчитывается исходя из дней запаса, необходимых бизнесу, что для большинства производителей компаундов составляет от 15 до 30 дней. Расчет прост. Возьмите производительность линии, умножьте на ежедневные часы работы и месячные рабочие дни и переведите в позиции поддонов. Пример расчета для линии SHJ-65 с производительностью 300 килограммов в час при 20 часах работы в день дает 6 тонн в день. Двадцать дней запаса — это 120 тонн. При примерно одной тонне на поддон мешков по 25 килограммов, сложенных двумя ярусами на полу, это 60 мест на полу. При 1,2 квадратных метра на место и коэффициенте прохода 1,8 для циркуляции вилочного погрузчика потребность в складе составляет около 130 квадратных метров.

Тот же расчет для линии SHJ-95 с производительностью 1200 килограммов в час дает 24 тонны в день и 480 тонн за 20 дней, или примерно 520 квадратных метров напольного хранения. При таком масштабе экономика решительно смещается в сторону обработки навалом: базовая смола перемещается в наружные силосы с пневмотранспортом к межэтажной площадке подачи, а только наполнители, добавки и пигменты остаются в мешочном хранении. Два силоса объемом 60 кубических метров снаружи стены здания вытесняют около 300 квадратных метров внутреннего напольного хранения, что обычно является самым дешевым квадратным метром, который когда-либо купит производитель компаундов. Где вместо напольной укладки используется стеллажное хранение, трехуровневые селективные стеллажи примерно вдвое сокращают площадь пола ценой большей чистой высоты в зоне склада и вилочного погрузчика с достаточной высотой подъема.

Зона предварительного смешивания и смешивания

Большинство рецептов компаундирования выигрывают от этапа предварительного смешивания, даже когда весовые дозаторы с потерей массы обрабатывают основные потоки, особенно для пакетов малых добавок, где прямое дозирование доли процента непрактично. Стандартная компоновка — высокоскоростной смеситель с охладителем под ним. Комплект высокоскоростного смесителя объемом 500 литров занимает примерно 25–40 квадратных метров, включая станцию выгрузки мешков, вытяжной зонт для пыли, разгрузочный бункер и пространство для оператора. Комплект на 1000 литров требует 40–60 квадратных метров. Kerke поставляет высокоскоростные смесители как часть своего ассортимента вспомогательного оборудования, и практическое правило компоновки состоит в том, что зона смешивания должна быть смежной со складом сырья и подключена к межэтажной площадке подачи, а не размещена на дальней стороне производственного пролета, где каждая партия должна пересекать линию.

Станция выгрузки мешков является источником пыли и должна рассматриваться как таковая с первого дня, с выделенным вытяжным зонтом, прессом для пустых мешков и отделкой пола, которую можно мыть водой. Где обрабатываются порошки оксида сурьмы, полифосфата аммония, талька, карбоната кальция или гидроксида алюминия, станция выгрузки также становится фокусом оценки взрывоопасности пыли, рассмотренной далее в этом руководстве.

Лаборатория контроля качества

Завод по компаундированию без собственной лаборатории действует наугад. Функциональная лаборатория контроля качества для производителя компаундов требует 40–70 квадратных метров и размещает определенный набор приборов. Поскольку некоторые из этих приборов работают горячими или выделяют пары, лаборатория нуждается в собственной вентиляции и не может быть просто перегородкой в углу производственного пролета.

Если завод намерен сертифицироваться по ISO 9001 или обслуживать автомобильных и электротехнических клиентов, добавьте небольшую офисную зону внутри лаборатории для документации и отдельный стенд входного контроля рядом со складом, чтобы проверки сырья не конкурировали с производственными испытаниями за время работы приборов.

Готовая продукция и отгрузка

Хранение готовой продукции обычно рассчитывается на 10–20 дней выпуска, меньше, чем буфер сырья, поскольку производители компаундов обычно производят под заказы. Применяется та же арифметика с поддонами. Отличается требование к обработке: гранулы в мешках по 25 килограммов, уложенные на поддоны и обтянутые стрейч-пленкой, или в гибких контейнерах среднего объема (FIBC) весом 500–1250 килограммов, или навалом в автоцистернах для высокообъемных товарных компаундов. Каждый из этих вариантов предполагает разные зоны отгрузки. Мешочная продукция требует стандартной погрузочной рампы; обработка контейнеров требует вилочного погрузчика с стреловым захватом и большей чистой высоты на точке наполнения; загрузка цистерн требует наружной площадки с воздуходувкой и твердым покрытием, способным выдержать полностью загруженное транспортное средство.

Расчет мощностей: мощность трансформатора, охлаждающая вода и сжатый воздух

Служебные помещения — это физические пространства с реальными размерами, и их нельзя рассчитать, пока не будут рассчитаны нагрузки. Завод по компаундированию имеет четыре системы коммуникаций, потребляющие площадь пола: электроснабжение и распределение, технологическая охлаждающая вода, сжатый воздух и аспирация пыли. Каждая имеет простой метод оценки, достаточно точный для стадии концепции здания, который должен быть уточнен квалифицированным проектировщиком электрики и механики перед строительством.

Оценка мощности трансформатора

Стандартный метод — суммировать установленную мощность каждой нагрузки на заводе, применить коэффициент спроса, скорректировать коэффициент мощности и добавить запас. Для завода по компаундированию коэффициент спроса находится между 0,7 и 0,8, поскольку нагреватели цилиндра потребляют полную мощность только при пуске, а затем циклично работают примерно при 25–35 процентах, тогда как главный привод редко работает на номинальной мощности. Выраженное формулой, номинал трансформатора в кВА равен общему установленному количеству киловатт, умноженному на коэффициент спроса 0,7–0,8, деленному на коэффициент мощности около 0,9, затем увеличенному на 20–30 процентов для будущего расширения.

Пример расчета для одной линии SHJ-95 иллюстрирует методику вычислений. Главный привод составляет 400 кВт. Суммарная мощность нагревателей цилиндров — 100 кВт. Боковой дозатор, гравиметрические дозаторы, насос расплава, гидравлическая станция смены фильтров и вакуумный насос добавляют около 45 кВт. Насос водяной ванны downstream, воздушная сушка, гранулятор, вибрационный грохот и система транспортировки гранул добавляют около 45 кВт. Общие вспомогательные системы, включая высокоскоростной смеситель, насосы циркуляционного охлаждения и вентиляторы градирни, воздушный компрессор, пылеуловитель, а также освещение и вентиляцию здания, добавляют примерно 160 кВт. Полная установленная нагрузка близка к 750 кВт. Применение коэффициента спроса 0,75 дает 562 кВт; деление на коэффициент мощности 0,9 дает 625 кВА; добавление запаса мощности в 25 процентов дает 781 кВА, поэтому выбирается трансформатор мощностью 800 кВА. Одна линия SHJ-65 по той же логике обычно требует агрегата мощностью 500 кВА, а завод с тремя линиями среднего размера часто нуждается в мощности от 1250 до 1600 кВА.

Нагрузка на систему охлаждения и расход воды

Технологическое охлаждение имеет две различные задачи. Первая — удаление энтальпии полимерного расплава при закалке жгутов или гранул. Вторая — отвод тепла из контура охлаждения цилиндра, масляного радиатора редуктора и уплотнительной воды вакуумного насоса. Задача по закалке расплава рассчитывается исходя из производительности и изменения энтальпии между температурой расплава и температурой выгрузки. Для полиолефина, охлаждаемого примерно с 230 °C до 60 °C, включая теплоту кристаллизации, изменение энтальпии составляет приблизительно от 450 до 470 кДж/кг. При производительности 1200 кг/ч это соответствует теплоотводу около 153 кВт.

Преобразование тепловой нагрузки в расход воды использует удельную теплоемкость воды. Расход воды в кубических метрах в час равен тепловой нагрузке в киловаттах, умноженной на 3600 и разделенной на произведение 4,186 на повышение температуры в кельвинах, а затем разделенной на 1000. При повышении температуры на 5 K для нагрузки 153 кВт требуется около 26 кубических метров в час. Добавление охлаждения цилиндра (от 10 до 18 процентов от номинальной мощности главного привода), охлаждения масла редуктора (от 2 до 3 процентов) и уплотнительной воды вакуумного насоса приводит к общей нагрузке системы для линии SHJ-95 примерно от 210 до 240 кВт, или от 36 до 41 кубических метра в час при том же повышении температуры.

К системе охлаждения относятся два предостережения по проектированию. Во-первых, в климатических зонах с высокой температурой влажного воздуха летом одна открытая градирня не может обеспечить воду температурой от 25 до 30 °C, необходимую для водяной ванны жгутов ради стабильной закалки, поэтому чиллер должен брать на себя нагрузку ванны, а градирня — охлаждение цилиндра и редуктора. Разделение контуров таким образом значительно энергоэффективнее, чем охлаждение всего объема воды. Во-вторых, вода в ванне для жгутов собирает мелкодисперсные частицы и остатки добавок, поэтому необходим фильтр бокового потока и периодическая процедура слива и заполнения; подача грязной ванны напрямую в пластинчатый теплообменник — верный способ потерять неделю производства из-за загрязнения.

Помещения для сжатого воздуха и пылеудаления

Потребность в сжатом воздухе для линии компаундирования невелика, если пневмотранспорт использует роторные нагнетатели вместо компрессоров, что является стандартной схемой. Технологический и контрольный воздух, воздушные ножи у водяной ванны жгутов, пневматические шиберные затворы и импульсная очистка пылеуловителя вместе требуют примерно от одного до трех кубических метров в минуту на линию при давлении 0,7 МПа. Винтовой компрессор мощностью от 11 до 22 кВт с рефрижераторным осушителем, набором фильтров и ресивером объемом от одного до двух кубических метров помещается в акустически обработанном помещении площадью от 20 до 40 квадратных метров. Размещение компрессорной у наружной стены упрощает забор воздуха и отвод тепла, а сбросное тепло можно направить в складское помещение в холодном климате.

Пылеудаление заслуживает отдельного помещения, а не угла. Центральный импульсный рукавный фильтр, обслуживающий станцию разгрузки мешков, выгрузку смесителя, приемники пневмотранспорта гранул и вибрационный грохот, обычно обрабатывает от 6000 до 14000 кубических метров в час для завода среднего размера. Фильтровальная установка требует площади от 20 до 45 квадратных метров, пути сброса взрывного давления в безопасную наружную зону и пространства сверху для извлечения фильтровальных рукавов. Критически важно, чтобы удаляемый воздух не рециркулировался обратно в цех при наличии горючих порошков, что означает необходимость расчета системы приточной вентиляции на полный объем вытяжки.

Расчеты площади: от одной линии до полного завода

После определения длины линии, ширины прохода, зоны выемки шнека и потребностей вспомогательного оборудования расчет общей площади становится двухэтапным процессом. Первый этап рассчитывает площадь производственного пролета для самой линии. Второй этап применяет общий коэффициент для всего завода, учитывающий склады, смешивание, лабораторию, инженерные системы, офисы, бытовые помещения и пути движения. Коэффициент для завода по компаундированию надежно находится в диапазоне от 2,2 до 2,8, где нижняя граница относится к заводам с наружными силосами и короткими циклами хранения запасов, а верхняя — к заводам, хранящим 30 дней сырья в мешках и имеющим полную испытательную лабораторию.

Первый этап: площадь производственного пролета

Производственный пролет — это длина пролета, умноженная на ширину прохода, плюс коридор для выемки шнека, если он не совмещен с путем откатки оборудования, плюс локальная зона складирования материалов площадью от 15 до 30 квадратных метров, где хранятся сменные запасы мешков и предварительно взвешенные добавки, плюс от 6 до 10 квадратных метров для пульта управления и станции документооборота. Сложение этих параметров для линии SHJ-65 дает длину пролета от 20 до 24 метров и ширину прохода от 5,0 до 6,0 метров, что составляет от 100 до 144 квадратных метров чистой площади под линию. Зона складирования, пульт управления и зона выемки шнека увеличивают общую площадь до от 180 до 260 квадратных метров — цифру, которую чаще всего приводят проектировщики заводов по компаундированию для одной линии среднего размера.

Второй этап: общий коэффициент для завода

Применение коэффициента преобразует площадь производственного пролета в общую потребность в площади здания. Таблица ниже приводит расчет для основных классов моделей и двух сценариев с несколькими линиями. Обратите внимание на эффективность параллельных линий: две линии SHJ-75, расположенные рядом, разделяют центральную эстакаду подачи, один магистральный трубопровод системы охлаждения, одну систему пылеудаления и одну лабораторию, что сокращает на 10–15 процентов наивную сумму площадей двух независимых заводов.

Распределение общей площади завода

Полезно видеть, куда расходуется коэффициент. Для репрезентативного завода с одной линией SHJ-75 общей площадью около 700 квадратных метров распределение ниже является типичным. Проценты меняются в зависимости от политики управления запасами и от того, продает ли завод продукт в мешках или навалом, но общая структура сохраняется для большинства проектов.

Одно структурное наблюдение из этого распределения: склад сырья — самый эластичный пункт в списке. Компаундер, договаривающийся о еженедельных поставках и устанавливающий два наружных силоса для смолы, может сократить площадь склада с 22 до 12 процентов от площади здания, что на заводе площадью 700 квадратных метров высвобождает 70 квадратных метров — достаточно для размещения второй линии SHJ-52 или значительно лучшей лаборатории. И наоборот, завод, обслуживающий клиентов, требующих долгого срока хранения с прослеживаемостью и множества вариантов пигментов, будет нуждаться в большем объеме хранения, а не меньшем. Это решение бизнес-модели, которое должно быть принято до определения размеров здания, а не после.

Сравнение конфигураций компоновки: линейная, L-образная и параллельная двойная

Три планировочные геометрии доминируют на заводах по компаундированию, и выбор определяется формой доступного участка гораздо чаще, чем предпочтениями в технологическом процессе. Каждая имеет измеримые последствия для расстояния перемещения материалов, риска контаминации и будущего расширения.

Линейная конфигурация

Линейная или I-образная планировка размещает все станции на одной оси от платформы дозатора до упаковочной станции. Это предпочтительный вариант для инженера-технолога, поскольку путь расплава прямой, длина жгута от головки экструдера до ванны короткая и стабильная, а все оборудование видно с одной точки обзора. Сырье поступает с одного конца и уходит с другого, поэтому склад сырья находится за зоной подачи, а склад готовой продукции — за упаковочной станцией, обеспечивая чистый однонаправленный поток без пересечений.

Плата за это — длина здания. Прямая линия SHJ-95 со складами на обоих концах требует участка длиной не менее от 55 до 65 метров. Там, где такая длина доступна, это конфигурация, которую следует выбирать, и именно ее Kerke рекомендует по умолчанию для однопродуктовых операций с высокой загрузкой, таких как наполнительный мастербатч или специальный кабельный компаунд.

L-образная конфигурация

L-образная планировка поворачивает downstream-секцию на 90 градусов, обычно у головки экструдера или сразу после водяной ванны. Поворот после ванны — более безопасный вариант, поскольку жгуты уже затвердели и могут быть повернуты узлом направляющих роликов; поворот у головки экструдера означает прокладку жгутов вокруг угла, что повышает частоту обрывов и усложняет запуск. Хорошо выполненная L-образная планировка экономит от шести до восьми метров длины здания в обмен на примерно четыре–пять метров дополнительной ширины.

L-образная конфигурация подходит для квадратных участков и зданий, где линия колонн препятствует чистому 30-метровому пролету. Она также позволяет разместить упаковочную станцию рядом с отгрузочными воротами независимо от расположения зоны подачи. Недостатком является немного более длинный путь транспортировки гранул, дополнительная точка передачи, где могут образовываться мелкодисперсные частицы, и угол, который становится естественным местом скопления беспорядка, если его специально не держать свободным.

Две параллельные линии

Две или более линии, размещенные рядом и разделяющие центральную эстакаду подачи, являются наиболее эффективной по площади схемой для завода с несколькими линиями. Экономия достигается за счет трех факторов: одна эстакада и один комплект лестниц вместо двух, общий магистральный трубопровод системы охлаждения и сжатого воздуха вдоль центральной оси, а также единый сервисный проход, обслуживающий обе машины, где это позволяет геометрия. Общая площадь снижается на 10–15 процентов по сравнению с двумя независимыми линиями.

Риск заключается в перекрестной контаминации. Две линии, разделенные тремя метрами открытого пола, будут обмениваться пылью, и на заводе по компаундированию это означает попадание углеродной черни на инженерный пластик натурального цвета или появление антипиреновой добавки в пищевом классе. Меры смягчения просты, но должны быть запланированы в здании: частичная перегородка между линиями до уровня эстакады, индивидуальные вытяжные зонты для каждой линии вместо общего коллектора, отдельные комплекты дозаторов с цветовой маркировкой бункеров, которые никогда не перемещаются между линиями, небольшое избыточное давление в зоне светлых цветов относительно зоны темных цветов и отдельные наборы уборочного инструмента, хранящиеся у каждой линии.

Таблица сравнения планировок

Четвертая схема, U-образная, обеспечивает поступление сырья и отгрузку готовой продукции с одного конца здания. Это самый компактный вариант, подходящий для очень маленьких участков или городских площадок, но он заставляет входящую и исходящую логистику разделять одну погрузочную зону и затрудняет поддержание разделения сырых порошков и готовых гранул. Для компаундера, работающего с антипиреновыми порошками или пищевыми классами, такая общая погрузочная зона является реальным риском несоблюдения требований, и U-образную схему следует избегать, если участок не оставляет альтернативы.

Вентиляция, защита от взрывов пыли и классификация пожарной опасности

Цех по компаундированию одновременно является горячей средой, пыльной средой и средой с горючими твердыми веществами. Здание должно отвечать всем трем требованиям, и эти решения занимают площадь: камеры приточной вентиляции, фильтровальные установки, пути сброса взрывного давления и эвакуационные коридоры — все это площади пола, которые никогда не появляются в списке оборудования.

Кратность воздухообмена и отвод тепла

Общая вентиляция производственного пролета по компаундированию обычно проектируется с кратностью воздухообмена от 8 до 12 раз в час. Для пролета площадью 300 квадратных метров при чистой высоте 6 метров объем составляет 1800 кубических метров, поэтому 10 воздухообменов в час равны 18000 кубическим метрам в час подачи и вытяжки. Это значение следует сверить с тепловой нагрузкой, поскольку летом тепловой баланс обычно определяет требования, а не количество воздухообменов.

Явное тепло, выделяемое в цех, поступает от потерь с поверхности нагревателей цилиндра, потерь двигателя и редуктора, поверхности водяной ванны и потока горячих гранул. Как правило проектирования, от 8 до 12 процентов установленной мощности привода и нагрева превращается в явное тепло в помещении. Линия SHJ-95 с приводом 400 кВт и нагревателями 100 кВт поэтому вносит примерно от 40 до 60 кВт. Расход воздуха, необходимый для удаления явной нагрузки, равен нагрузке в киловаттах, умноженной примерно на 2985 и разделенной на допустимое повышение температуры в кельвинах. При повышении на 10 K нагрузка 60 кВт требует около 18000 кубических метров в час, что совпадает с расчетом по воздухообмену. В жарком климате более реалистично повышение на 6–8 K, что увеличивает требование до от 22000 до 30000 кубических метров в час и делает верхнюю крышную вытяжку с нижней регулируемой приточной вентиляцией практическим решением.

Местная вытяжка является отдельной и дополнительной к общей вентиляции. Заложите от 1500 до 3000 кубических метров в час для зонта головки экструдера, от 2000 до 4000 для зонта над водяной ванной для марок, выделяющих летучие вещества, от 500 до 1000 для сброса вакуумного вентиляционного отверстия и от 1500 до 3000 на станцию разгрузки мешков. Местные зонты должны выбрасывать воздух наружу, никогда обратно в цех, а их воздуховоды требуют места на полу или крыше, которое должно быть зарезервировано на планировке.

Оценка горючести пыли

Не каждый порошок на заводе по компаундированию является горючим, и оценка должна проводиться для каждого порошка отдельно, а не по предположению. Минеральные порошки, включая тальк, карбонат кальция, оксид сурьмы, гидроксид алюминия и гидроксид магния, негорючи, но они все еще являются респираторными вредными пылями, требующими вытяжки и средств индивидуальной защиты. Органические и углеродистые порошки — это другое дело: аммоний полифосфат, углеродная чернь, фенольные антиоксиданты, металлические стеараты, древесная мука, используемая в древесно-полимерных композитах, и крахмал, используемый в биоразлагаемых компаундах, могут образовывать взрывоопасные пылевые облака. Полимерные порошки и мелкодисперсные частицы, образующиеся при обращении с гранулами, относятся к той же категории.

Правильная процедура заключается в получении или заказе данных о взрываемости для каждого порошка, конкретно максимального давления взрыва и индекса дефлаграции, измеренных по признанному методу, такому как ISO 6184-1 или ASTM E1226, плюс минимальной энергии зажигания. Эти значения используются при проектировании защиты. Для заводов, построенных для европейского рынка, оценка риска взрыва пыли и классификация зон следуют директиве ATEX 2014/34/EU для оборудования и директиве 1999/92/EC для рабочего места, с зонированием согласно IEC 60079-10-2. Китайские проекты следуют GB 15577 по предотвращению взрывов пыли вместе с соответствующими электрическими стандартами GB, а североамериканские проекты следуют рамкам NFPA 652 и NFPA 654 со сбросом давления согласно NFPA 68 и системами предотвращения взрывов согласно NFPA 69.

Практические меры защиты, влияющие на планировку

• Классификация зон в зоне обращения с порошками. Станция разгрузки мешков, точка загрузки смесителя и внутренняя часть пылеуловителя обычно классифицируются как Зона 21 или Зона 22, что требует соответствующе сертифицированного электрооборудования и заставляет эти операции происходить в определенной физически ограниченной области, а не где угодно на свободном полу.
• Сброс взрывного давления в безопасную наружную зону. Пылеуловителю необходим разгрузочный клапан с незаблокированным путем сброса. Это самая частая причина, по которой фильтровальная установка должна располагаться у наружной стены, и это определяет, где может находиться зона смешивания.
• Изоляция между пылеуловителем и процессом. Роторный питатель или химическое изолирующее устройство предотвращает распространение пламени обратно по воздуховоду в цех.
• Соединение и заземление. Каждый металлический компонент в цепи обращения с порошками должен быть соединен и заземлен, а мягкие контейнеры для насыпных грузов (big bags) должны быть проводящими типами C, подключенными к точке заземления перед разгрузкой.
• Проектирование уборки. Горизонтальные поверхности, на которых может накапливаться пыль, следует минимизировать, выступы должны иметь уклон, и должно быть предоставлено пылесосное оборудование, сертифицированное для горючей пыли. Продувка сжатым воздухом запрещена, поскольку она создает то самое пылевое облако, которого конструкция пытается избежать.
• Отсутствие рециркуляции. Удаляемый воздух из источников горючей пыли не должен возвращаться в занятые помещения, что означает необходимость расчета системы приточной вентиляции на полный объем вытяжки и наличия собственного пространства для оборудования.

Классификация пожарной опасности и эвакуация

Согласно китайскому строительному пожарному кодексу GB 50016, цех по компаундированию пластмасс, обрабатывающий полимерные гранулы, порошки и технологические масла, обычно классифицируется как производственное помещение категории C, категория, охватывающая горючие твердые вещества. Эта классификация определяет допустимую площадь пожарного отсека, требуемый предел огнестойкости конструкции и условия эвакуации. Практические последствия для планировки включают минимум два независимых выхода из каждого пожарного отсека, расположенных так, чтобы occupants могли удаляться от пожара в противоположных направлениях, максимальное расстояние до выхода, определяемое кодексом для помещений категории C и увеличиваемое при наличии автоматического спринклерного пожаротушения, а также основные эвакуационные проходы, сохраняемые свободными шириной минимум 1,4 метра, предпочтительно от 1,8 до 2,0 метров, если проход также используется для движения вилочных погрузчиков.

Три дополнительных пункта стоит включить в техническое задание на проектирование заранее. Стеновые и кровельные панели должны использовать минераловатные сердечники вместо горючих пенопластовых сердечников, поскольку панель с полимерным сердечником на заводе, перерабатывающем полимеры, — это избегаемый риск. Стальной бункер для продувки с крышкой должен быть расположен рядом с головкой экструдера, чтобы горячий материал продувки никогда не сбрасывался на эпоксидный пол или в пластиковый контейнер. И гидравлическая станция, обслуживающая смену фильтров, содержит масло под давлением и должна иметь обвалованную зону плюс подходящий огнетушитель в нескольких шагах.

Нагрузка на пол, плоскостность и фундаменты оборудования

Плита перекрытия — это единственный элемент цеха по компаундированию, который нельзя изменить после ввода в эксплуатацию без остановки производства, что делает его пунктом, наиболее достойным избыточного специфицирования. Важны три параметра: несущая способность, ровность и обеспечение анкерного крепления и контроля вибрации.

Несущая способность

Полная линия SHJ-75, включая машину, раму, редуктор, двигатель, водяную ванну с водой, гранулятор и грохот, весит порядка от 10 до 14 тонн, распределенных примерно по 25 квадратным метрам, что дает среднее значение около 0,5 тонны на квадратный метр. Это среднее значение вводит в заблуждение, поскольку нагрузка передается через небольшое количество опорных башмаков как сосредоточенные точечные нагрузки, и потому что соседний склад будет испытывать гораздо более высокие давления. Практические значения спецификации приведены ниже.

Фундаменты, анкеры и вибрация

Современные соосно-вращающиеся двухшнековые экструдеры поставляются на жестких сварных рамах и не требуют массивного изолированного блочного фундамента, но им требуется правильно подготовленная и выровненная площадка. Стандартная схема — утолщенный участок плиты под пятном контакта машины с отлитыми закладными анкерными плитами или установленными после бетонирования химическими анкерами размера M20–M30, затем клинья для выравнивания, прецизионное выравнивание с точностью от 0,05 до 0,10 миллиметров на метр вдоль оси цилиндра и заливка безусадочным цементным раствором прочностью на сжатие не менее 60 МПа. Выравнивание оси цилиндра важно, потому что изогнутая цепь цилиндров ускоряет износ шнековых элементов и вкладышей цилиндров, а несоосная муфта между редуктором и двигателем сокращает срок службы подшипников.

Источники вибрации, требующие изоляции: гранулятор жгутов, воздушная сушка, вакуумный насос, вибрационный классификатор и воздушный компрессор. Резиновые или пружинные виброизоляторы под этими агрегатами предотвращают передачу вибрации на плиту перекрытия, что критично для гравиметрических дозаторов на эстакаде и любого прецизионного оборудования в лаборатории. Если компрессорная разделяет стену с лабораторией, инерционный блок под компрессором стоит небольших дополнительных затрат.

Канавы, дренаж и прокладка кабелей

Кабельные и трубные каналы следует отливать вместе с плитой перекрытия, а не прорезать после. Типичная схема — основной канал шириной от 400 до 600 миллиметров и глубиной от 400 до 500 миллиметров, идущий параллельно линии со стороны обслуживания, покрытый съемным рифленым листом, рассчитанным на пересечение вилочными погрузчиками. Силовые кабели и трубопроводы системы охлаждения разделяют этот канал. Сигнальные кабели, особенно проводка тензодатчиков для дозаторов потери веса, должны проходить в отдельном лотке или трубе с достаточным разделением от силовых кабелей во избежание наводок шума дозирования.

Дренаж часто упускается из виду. Водяная ванна, вакуумный сепаратор и гранулятор сбрасывают воду, и пол вокруг них должен иметь уклон примерно один к ста в сторону дренажного лотка. Этот лоток должен проходить через маслобензоотделитель перед подключением к сети объекта, чтобы полимерные мелкодисперсные частицы и возможное попадание масла улавливались, а не сбрасывались. Заводы, пропускающие этот шаг, получают постоянно мокрый пол вокруг ванны, что является как опасностью скольжения, так и источником проблем с влажностью гранул, когда пролитый продукт подметается обратно в процесс.

Резервирование места для расширения: сетка колонн и запас по коммуникациям

Почти каждый успешный бизнес по компаундированию перерастает свою первую линию. Самое дешевое расширение — то, которое было заложено в исходное здание, а самое дорогое — то, которое требует конструктивной модификации, замены трансформатора и остановки системы охлаждения. Резервирование места для роста стоит очень мало на этапе проектирования и окупается при первом заказе второй линии.

Выбор сетки колонн

Шаг колонн определяет гибкость перераспределения пролетов. Две стандартные сетки доминируют в промышленных зданиях этого сектора. Пролет 9 метров комфортно вмещает одну линию компаундирования плюс ее проходы вплоть до класса SHJ-95 и сохраняет экономичность рамной конструкции. Пролет 12 метров вмещает одну линию плюс полную полосу складирования материалов или две меньшие линии, такие как пара SHJ-52, и дает значительно больше свободы для перемещения оборудования позже. Для завода, ожидающего работу трех или более линий, сетка 12 метров в производственном зале с сеткой 9 метров на складе является разумным компромиссом между стоимостью конструкции и гибкостью.

Независимо от выбранной сетки, ось линии должна быть проложена параллельно линии колонн и смещена так, чтобы ни одна колонна не попадала внутрь сервисного прохода или коридора выемки шнека. Одна плохо расположенная колонна может потребовать боковой процедуры извлечения, добавляющей часы к каждой замене шнека на протяжении всего срока службы завода.

Запас мощности инженерных систем: правило 30 процентов

Каждая общая инженерная система должна рассчитываться с запасом мощности не менее 30 процентов над потребностью первого дня. Этот запас не является щедрым, это минимум, позволяющий подключить вторую линию без замены инфраструктуры.

Чек-лист планирования перед строительством

Прежде чем будет подписан договор аренды или залит фундамент, следующие пункты должны быть решены и зафиксированы на генеральном плане. Kerke проходит этот список с клиентами как часть пакета планировки, и та же дисциплина применяется независимо от того, какая марка машины в конечном итоге выбрана.

1. Подтвердите класс машины, отношение L/D и метод гранулирования, поскольку эти три решения фиксируют длину линии, зону выемки шнека и объем системы водоснабжения.
2. Нанесите линию на план застройки в истинном масштабе, включая вылеты бокового дозатора, вакуумной установки и гидравлической станции, а не только контур машины.
3. Обозначьте коридор для извлечения шнеков как постоянную зону без хранения и убедитесь, что в него не выступают колонны, траектория открывания дверей или водосточные трубы.
4. Проверьте высоту под крюком крана относительно верхней точки узла подачи плюс длина строповки плюс 500 мм.
5. Рассчитайте мощность трансформатора методом коэффициента спроса и подтвердите мощность входящего электроснабжения с поставщиком услуг до окончательного утверждения спецификации машины.
6. Рассчитайте нагрузку на охлаждение, исходя из энтальпии расплава плюс тепловая нагрузка цилиндра и редуктора, затем решите, необходим ли чиллер для ванны охлаждения прядей при местных летних условиях.
7. Разместите пылеуловитель у наружной стены с четким путем сброса давления взрыва и подтвердите границы классифицированных зон.
8. Проверьте расстояние эвакуации от самой удаленной точки производственного цеха и убедитесь, что в каждом пожарном отсеке предусмотрено не менее двух выходов.
9. Укажите толщину плиты, допуск на плоскостность и зоны анкеровки по зонам, а не как единое общее требование.
10. Зарезервируйте место под вторую линию, залейте ее траншею и рассчитайте магистральные коммуникации с запасом 30 процентов.
11. Подтвердите радиусы разворота вилочных погрузчиков на складе, в зоне смешения и на отгрузке; обычно для противовесного погрузчика с загруженным поддоном требуется 3,5–4,5 метра.
12. Согласуйте маршрут доставки оборудования внутрь здания, включая ширину ворот, нагрузку на пол вдоль маршрута и кран или портал, которые будут разгружать секции цилиндра.

Часто задаваемые вопросы

Какова минимальная площадь цеха для одной производственной линии двухшнекового экструдера-компаундера?

Для одной линии класса SHJ-65 с грануляцией прядей планируйте 180–260 квадратных метров производственного цеха, включая проходы для обслуживания, коридор для извлечения шнеков и локальную зону хранения материалов. Более компактная линия SHJ-52 занимает 120–170 квадратных метров, а линии SHJ-95 требуется 350–450 квадратных метров. Эти цифры относятся только к самой линии. Функционирующее предприятие со складом, зоной смешения, лабораторией и помещениями для коммуникаций требует площади в 2,2–2,8 раза больше площади производственного цеха.

Какова длина типовой линии двухшнекового компаундирования и гранулирования?

Измеряемая от платформы дозатора до упаковочной станции, типовая длина составляет 8–11 метров для SHJ-35, 12–15 метров для SHJ-52, 15–18 метров для SHJ-65, 18–22 метра для SHJ-75, 22–28 метров для SHJ-95 и 28–35 метров для SHJ-135. Добавьте по 2–3 метра тупикового прохода с каждого конца, чтобы получить требуемую длину цеха. Грануляция в водяном кольце или под водой сокращает эти значения примерно на 3–5 метров.

Какая высота потолка требуется для цеха компаундирования, и можно ли использовать здание высотой 4,5 метра?

Планируйте высоту 5–6 метров под крюком крана для линии с гравиметрическим дозированием на мезонине, что обычно означает высоту карниза здания 7,0–8,5 метра. Здание высотой 4,5 метра может подойти для линии SHJ-35 или SHJ-52, если дозаторы установлены на полу с коротким вертикальным конвейером в загрузочное горло вместо установки на мезонине, но такая компоновка менее удобна для дозаправки и не оставляет места для мостового крана. Для линий от SHJ-65 и выше высота 4,5 метра неприемлема.

Сколько пространства необходимо зарезервировать для извлечения шнеков?

Зарезервируйте длину вала шнека плюс запас безопасности 1,5 метра. Длина вала равна отношению L/D, умноженному на диаметр шнека; поэтому вал SHJ-75 с отношением 48 L/D имеет длину 3,6 метра и требует коридора шириной около 5,2 метров. Для той же машины при отношении 56 L/D требуется 5,7 метра. Этот коридор может совмещаться с путем откатки ванны охлаждения и гранулятора, но он никогда не должен использоваться как зона хранения.

Нужен ли мостовой кран, или достаточно мобильного крана?

Мостовой кран или как минимум монорельсовый тельфер над осью цилиндра настоятельно рекомендуются для любой линии от SHJ-52 и выше, поскольку секции цилиндра и валы шнеков поднимаются при каждой жесткой переналадке и каждой проверке на износ. Мобильный кран приемлем для одноразовой установки редуктора и главного двигателя. Опора на мобильный кран для текущего обслуживания означает вызов арендованной техники каждый раз, когда нужно снять секцию цилиндра, что быстро становится узким местом при переналадке.

Требует ли грануляция под водой больше или меньше площади пола, чем грануляция прядей?

Системы грануляции под водой и в водяном кольце на торце матрицы исключают 3–6 метров ванны охлаждения прядей и воздушный нож для сушки, поэтому линия становится короче на 3–5 метров. Взамен они добавляют установку технологической воды, центрифугу-сушилку и бак с водой рядом с матрицей, обычно занимая 6–10 квадратных метров боковой площади, а также требуют водоподготовки и терморегулирования. Общая площадь пола обычно сопоставима; преимущество заключается в более коротком и компактном здании и лучшем обращении со липкими или низковязкими марками.

Как оценить мощность трансформатора для нового завода по компаундированию?

Просуммируйте установленную мощность (в кВт) всех нагрузок, включая главный привод, нагреватели цилиндра, дозаторы, боковой дозатор, вакуумный насос, насос расплава, оборудование downstream, смеситель, компрессор, систему охлаждения, пылеуловитель и инженерные системы здания. Умножьте на коэффициент спроса 0,7–0,8, разделите на коэффициент мощности около 0,9, затем добавьте запас 20–30 процентов. Одна линия SHJ-65 обычно требует 400–500 кВА, линия SHJ-95 — 800–1000 кВА. Всегда подтверждайте доступную мощность входящего электроснабжения с поставщиком услуг перед утверждением спецификации машины.

Сколько воды для охлаждения требуется линии двухшнекового компаундирования?

Рассчитайте нагрузку на охлаждение расплава, исходя из производительности, умноженной на изменение энтальпии, которое составляет примерно 450–470 кДж/кг для полиолефина, охлаждаемого от температуры расплава до 60 °C. Добавьте 10–18 процентов мощности главного привода на охлаждение цилиндра, 2–3 процента на охлаждение масла редуктора и резерв на воду уплотнения вакуумного насоса. Переведите общую нагрузку в расход при повышении температуры на 5 K. Линия SHJ-65 обычно требует 12–17 м³/ч, а линия SHJ-95 — 36–41 м³/ч.

Сколько воздухообменов в час требуется цеху компаундирования?

Общая вентиляция с интенсивностью 8–12 воздухообменов в час является стандартной спецификацией для производственного цеха. Сверьте это значение с явной тепловой нагрузкой, поскольку 8–12 процентов установленной мощности приводов и нагревателей выделяется в виде тепла в помещении, а в жарком климате тепловое равновесие становится определяющим фактором. Местные вытяжные зонты у головки матрицы, ванны охлаждения и станции выгрузки мешков являются дополнительными к общей вентиляции и должны выбрасывать воздух за пределы здания.

Является ли цех компаундирования автоматически зоной взрывоопасности пыли?

Не автоматически, но обычно содержит хотя бы одну такую зону. Минеральные наполнители, такие как тальк, карбонат кальция, триоксид сурьмы и гидроксид алюминия, негорючи, тогда как аммоний полифосфат, технический углерод, антиоксиданты, стеараты металлов, древесная мука и полимерная пыль могут образовывать взрывоопасные облака. Проведите испытания на взрываемость для каждого порошка, затем классифицируйте станцию выгрузки мешков, точку загрузки смесителя и внутреннюю часть пылеуловителя соответственно стандартам ATEX и IEC 60079-10-2, GB 15577 или в рамках NFPA 652 и NFPA 654 в зависимости от рынка.

Какую нагрузку на пол и плоскостность следует указать?

Укажите нагрузку 1,5–2,0 т/м² для зоны экструдера на армированной плите толщиной 200–250 мм, 2,0–3,0 т/м² для склада сырья с напольным штабелированием и 3,0–5,0 т/м² под стойками стеллажей и у отгрузочной рампы. Общая плоскостность ±3 мм под двухметровой рейкой достаточна, с ужесточением до 2 мм на метр в зоне оборудования; окончательная выверка машины до 0,05–0,10 мм/м достигается с помощью клиньев и безусадочного раствора.

Какой шаг колонн выбрать, если планируется расширение?

Можно ли эксплуатировать две линии в одном цехе без проблем с загрязнением?

Могу ли я запустить две линии в одном пролете без проблем с загрязнением?

Да, при условии, что разделение заложено конструктивно, а не управляется только процедурами. Установите частичную перегородку между линиями до уровня мезонина, обеспечьте каждой линии собственные вытяжные зонты вместо общего коллектора, используйте отдельные комплекты дозаторов и чистящие инструменты с цветовой маркировкой и поддерживайте в цехе светлых цветов небольшое избыточное давление по отношению к цеху темных цветов. Две параллельные линии экономят 10–15 процентов общей площади по сравнению с двумя независимыми заводами, но только физические меры делают эту экономию безопасной для работ с критичными цветами или контактом с пищевыми продуктами.

Сколько места нужно для склада сырья?

Рассчитывайте объем исходя из количества дней запаса, требуемых бизнес-моделью, обычно 15–30 дней. Переведите производительность в тонны в сутки, умножьте на количество дней запаса, разделите примерно на одну тонну на поддон, снова разделите на высоту штабелирования, умножьте на 1,2 м² на позицию поддона и затем на коэффициент проходов около 1,8. Линия SHJ-65 с производительностью 300 кг/ч за 20 часов требует примерно 130 квадратных метров для 20 дней запаса в мешках. При объеме свыше примерно 20 тонн в сутки наружные силосы для смол становятся значительно дешевле, чем хранение на полу внутри помещения.

Должна ли лаборатория контроля качества находиться внутри производственного здания?

Она должна находиться внутри контура здания, но в отдельном закрытом помещении с собственной вентиляцией, стабильной температурой и контролируемым освещением. Такие приборы, как экструзионный вискозиметр (для измерения показателя текучести расплава), универсальная испытательная машина и колориметр, требуют чистой среды без вибраций, а камера сгорания UL 94 требует отдельного вытяжного канала наружу. Разместите лабораторию рядом с производственным цехом, чтобы пробы быстро попадали туда, желательно с обзорным окном, но никогда не как открытый угол цеха.

Заключение

Площадь цеха, подходящая для производственной линии двухшнекового экструдера-компаундера, — это не одно число, а набор производных размеров, и расчет всегда выполняется в одном и том же порядке. Класс машины определяет производительность, мощность двигателя и длину цилиндра. Длина цилиндра и отношение L/D определяют габариты для извлечения шнеков. Пооперационный бюджет длины задает общую длину линии, а метод гранулирования изменяет эту длину на три–пять метров. Правила проходов и вылеты оборудования определяют ширину коридоров. Схема подачи и кран задают высоту потолка. Только после этого добавляются вспомогательные зоны и коммуникации, и только тогда появляется достоверная общая площадь.

Для быстрой ориентировки: одна линия SHJ-52 требует примерно 275–390 квадратных метров здания, линия SHJ-65 — 430–625 квадратных метров, линия SHJ-75 — 600–800 квадратных метров, линия SHJ-95 — 875–1125 квадратных метров, а линия SHJ-135 — 1300–1690 квадратных метров. Две параллельные линии SHJ-75 требуют примерно 990–1265 квадратных метров, поскольку они разделяют мезонин, магистральные коммуникации и лабораторию. Оставьте по 1,2 метра прохода с каждой стороны от осевой линии машины, зарезервируйте длину шнека плюс 1,5 метра для извлечения, планируйте высоту потолка 5–6 метров, укажите нагрузку на пол 1,5–2,0 т/м² в производственном цехе, обеспечьте вентиляцию с интенсивностью 8–12 воздухообменов в час и заложите запас 30 процентов во все общие коммуникации.

Компания Kerke, завод Wanplas, эксплуатирующий объект площадью более 19 900 квадратных метров с более чем 2000 машин, работающих в более чем 70 странах, поставляет генеральный план компоновки, график коммуникаций и план нагрузок фундамента как часть каждого проекта серии KTE, охватывая лабораторные экструдеры вплоть до производственных машин KTE-135D вместе с полным набором вариантов подачи и гранулирования. Если проект также включает мойку и переработку вторичного сырья перед этапом компаундирования, завод Polyretec компании Wanplas поставляет линии мойки, которые питают линию гранулирования Kerke, и две компоновки координируются так, чтобы комбинированное предприятие работало в одном направлении. Инженеры Kerke работают с той же размерной логикой, изложенной в этом руководстве, и рассчитывают здание под конкретную рецептуру, целевую производительность и план расширения, а не по шаблону. Бренд Wanplas поддерживает каждую линию своими общими обязательствами по транспортировке, производственным мощностям, стандартам качества и ежегодному бесплатному запасу запчастей, а политика открытого завода означает, что потенциальные покупатели могут осмотреть работающую линию перед утверждением компоновки. Отправьте целевой объем выпуска, семейство продуктов и размеры участка, и пакет компоновки может быть возвращен вместе с коммерческим предложением, чтобы здание и машина проектировались совместно, а не последовательно.