Производство топливных брикетов

Тема: "Производство топливных брикетов"

Предмет: Производственные технологии

Содержание

Введение 3

1. Основная задача технологии 4

2. Основные термины и определения 5

3. Характеристика технологии как системы 6

4. Данная технология как подсистема производства и ее характеристика 8

5. Физические процессы используемые в технологии 10

6. Место человека в этой технологии-подсистеме и их взаимодействие 13

7. Наука и ее возможное влияние на современное состояние технологии, их обрптная связь 15

8. Вид данного процесса по параметрам времени и пространства 17

10. Порядок проектирования технологии, технологическая схема производства, ее описание, оборудование 22

11. Основные параметры и технические требования 26

12. Технологичность продукта на выходе данной технологии производства: возможные мероприятия ее повышения 28

13. Механизация и автомотизация технологии: средства, методы, уровень современного состояния 30

14. Комплексная система управления качеством продукции 36

15. Основные возможные направления в совершенствовании технологии в ближайшем будущем 38

Вывод-заключение 40

Литература 43

Введение

Организация производства, комплекс мероприятий, направленных на рациональное сочетание процессов  труда с вещественными элементами производства в пространстве и во времени с целью повышения  эффективности, т. е. достижения поставленных задач в кратчайшие сроки, при  наилучшем использовании производственных ресурсов.

Организация производства включает подготовку производства новых и  модернизацию выпускаемой продукции, совершенствование процессов изготовления, текущее регулирование и контроль работы производственных звеньев. Она  охватывает все стадии изготовления продукции и носит системный  характер, подчиняя все частные задачи главной максимальному удовлетворению потребностей общества.

Основные требования, предъявляемые  к организации производства: достижение непрерывности процессов, пропорциональности всех звеньев и ритмичности выпуска  продукции.

Непрерывность включает использование  средств труда с минимальными потерями времени, безостановочное  продвижение предметов труда  через все стадии производства.

Пропорциональность это  взаимное соответствие пропускной способности  смежных участков, позволяющее полностью  использовать их производственной мощности.

Ритмичность означает равномерный  выпуск продукции, и выполнение одинакового  объёма работ в равные периоды  времени.

Организация производства охватывает основное, вспомогательное и обслуживающее  производство и процессы управления как гармонически увязанные звенья единого процесса изготовления продукции.

Предприятиям, независимо от форм собственности, предоставлены  права самостоятельного решения  вопросов по организации, нормированию и оплате труда. За счет результатов  своего труда предприятия должны покрывать текущие производственные затраты, в том числе и на оплату труда, осуществлять вложения на расширение и реконструкцию производства, обеспечивать социальное развитие, выполнять обязательства  перед бюджетом, банками и другими  органами.

Актуальность работы заключается  в том, что за счет рациональной организации  производства и труда можно удвоить  объем продукции без дополнительных капитальных вложений.

Целью выполнения работы является изучение производственного процесса топливных брикетов.

1. Основная задача технологии

"Технология" — термин, образованный  из двух греческих слов: techne и logos. Греческое techne в дословном переводе обозначает "мастерство, искусство". Слово logos в настоящее время используют для обозначения понятий науки, учения. Тогда, в буквальном переводе, технология — наука (учение) о мастерстве, искусстве.

Поскольку мастерство нематериально, то само по себе оно не может видоизменить материальный предмет (сырье). Предмет  труда видоизменяют люди и (или) машины, но изменяют по некоторой заранее известной программе. Эту программу (регламент производства) можно назвать мастерством, а непосредственная деятельность людей и машин, реализующих эту программу, есть труд. Необходимость в трудозатратах возникает только при владении мастерством, т.е. только при наличии представлений о том, как перерабатывать предмет труда в готовую продукцию. Именно от уровня мастерства в конечном счете зависит величина трудозатрат в процессе производства продукции.

Таким образом, мастерство есть искусство  использования природных процессов (физических, химических, биологических и т.д.) для создания благ. Тот, кто продуктивнее будет использовать окружающую природу, при тех же затратах создаст больше благ.

Технология интегрирует в себе знания из всей научной области и  не может быть сведена ни к физике, ни к химии, ни к какой другой науке о естественных процессах, так как ее предмет — мастерство использования естественных процессов в искусственных условиях производства.

Мастерство связывает воедино  природные процессы с трудовыми процессами, формируя, таким образом, целостный процесс переработки сырья в продукт, при этом технология является узловым интегрирующим звеном процесса переработки, сутью этого процесса.

Обобщая вышеизложенное, можно сформулировать следующее: технология — наука о мастерстве в процессах создания благ.

В целом задача производства эффективного и экологичного топлива  из возобновляемых и неиспользуемых отходов является весьма благородной  и благодарной, решая проблемы утилизации практически бесполезных, а зачастую и вредных отходов, дает потребителям дополнительный источник эффективного топлива, является предметом выгодного  бизнеса производителей, давая им дополнительный хороший источник прибыли.

2. Основные термины и определения

Производственная система — совокупность вещественных элементов: средства производства, люди-работники; место создания общественно полезного продукта (предприятие, организация, учреждение и т.д.).

Производственный процесс — процесс функционирования производственной системы; совокупность производственных (технологических и экономических) действий по получению готовой продукции.

Техника — средства производства, выполняющие технологические действия по превращению сырья в готовую продукцию.

Технология — наука о мастерстве использования естественных процессов и труда при создании продукции.

Технологический процесс — основная часть производственного процесса, строго определенная последовательность действий по созданию продукции, основанная на использовании естественных (природных) процессов.

3.Характеристика  технологии как системы

В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс  прессования шнеком отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и  мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением  при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в  себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов.

Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) — вещество, характеризующее  одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях.

Одеревеневшие клеточные  оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы  по своим свойствам соответствуют  арматуре, а лигнин, обладающий высокой  прочностью на сжатие, — бетону.

С химической точки зрения лигнин является ароматической частью древесины. Древесина лиственных пород  содержит 18-24 % лигнина, хвойных — 27-30 %. В анализе древесины лигнин рассматривают как негидролизуемую  часть древесины.

Лигнин в отличие от углеводов не является индивидуальным веществом, а представляет собой  смесь ароматических полимеров  родственного строения. Именно поэтому  невозможно написать его структурную  формулу. В то же время известно, из каких структурных единиц он состоит  и какими типами связей эти единицы  объединены в макромолекулу. Мономерные звенья макромолекулы лигнина называют фенилпропановыми единицами (ФПЕ), поскольку  эти структурные единицы являются производными фенилпропана. Хвойный  лигнин состоит практически целиком  из гваяцилпропановых структурных  единиц. В состав лиственного лигнина  кроме гваяцилпропановых единиц входят в большом количестве сирингилпропановые единицы. В состав некоторых лигнинов, главным образом травянистых  растений, входят единицы, не содержащие метоксильных групп - гидроксифенилпропановые  единицы.

Лигнин — ценное химическое сырьё, используемое во многих производствах  и в медицине

Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря  этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки  брикета.

Одним из наиболее популярных методов получения топливных  брикетов является экструзия с использованием специальных экструдеров.

Экстру́зия (от позднелат. extrusio — выталкивание) — технология получения  изделий путем продавливания  расплава материала через формующее  отверстие. Обычно используется в производстве полимерных (резиновых смесей, пластмасс, крахмалсодержащих и белоксодержащих  смесей), ферритовых изделий (сердечники), а также в пищевой промышленности (макароны, лапша и тп.), путем продавливания  расплава материала через формующее  отверстие экструдера.

Экструзия представляет собой  непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании  материала, обладающего высокой  вязкостью в жидком состоянии, через  формующий инструмент (экструзионную  головку, фильеру), с целью получения  изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки  полимеров методом экструзии  изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников- рассеиватели и  т. д. Основным технологическим оборудованием  для переработки полимеров в  изделия методом экструзии являются одночервячные, многочервячные, поршневые  и дисковые экструдеры.

Экструдер — машина для  формования пластичных материалов, путем  придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий  инструмент (экструзионную головку).

4. Данная технология как подсистема производства и ее характеристика

Брикеты имеют цилиндрическую или прямоугольную форму и  вес от 500 граммов до 2 кг. Благодаря  своей сыпучести пеллеты могут  автоматически подаваться в топку  котла с помощью шнека или  пневмотранспортера, брикеты же, как  и дрова, подаются в печь в основном вручную. В последнее время стала  применяться новая технология производства коротких брикетов цилиндрической формы  длиной до нескольких сантиметров (так  называемые шайбы), что дало возможность  полной автоматизации подачи топлива  посредством того же шнека.

Основные виды топливных  брикетов и способы их производства

1. Прямоугольные брикеты  (RUF-брикеты). По форме такой брикет  напоминает небольшой кирпич. Получили  свое название от немецкого  производителя брикетирующих прессов  RUF. Брикет изготавливается на  гидравлических прессах, то есть  посредством высокого давления 300−400 бар.

2. Цилиндрические брикеты  − с радиальным отверстием  или без него. Брикет изготавливается  на гидравлических или ударно-механических  прессах посредством высокого  давления 400−600 бар.

Достоинствами обеих этих технологий изготовления брикетов являются минимальные требования к организации  производства и низкая себестоимость. Недостатки: брикет не устойчив к влаге (нужна хорошая упаковка), а также  к механическим повреждениям, что  негативно сказывается на его  состоянии после длительной транспортировки.

3. 4- или 6-гранный Pini&Kay брикет с радиальным отверстием. Брикет изготавливается на механических (шнековых) прессах посредством сочетания  очень высокого давления (в 1000−1100 бар) и термической обработки  (обжиг). За счет термической обработки  Имеет характерный черный или  темно-коричневый цвет наружной  поверхности.

Достоинства такого типа топливных  брикетов: стойкость к механическим повреждениям, высокая влагостойкость. Брикет отличается высокой калорийностью  и длительным временем горения. Недостатки: трудоемкость производственного процесса, необходимость в высококвалифицированых специалистах, значительная энергоемкость  и т.д.

Теплотворная способность  древесного брикета находится в  пределах 4,5−5,0 кВт•ч/кг. Такая высокая  теплотворная способность брикета  достигается, с одной стороны, благодаря  большой удельной плотности после  прессования, с другой − за счет небольшой остаточной влажности (как  правило, менее 10%). Для сравнения: влажность  сырых дров после 2 лет хранения составляет около 20%. У всех древесных пород теплотворная способность почти идентична, если пересчитывать ее не на объем (например, кубометр), а на массу − например, на 1 кг − чистой древесины.

Брикеты, изготовленные из опилок хвойных пород, за счет содержания смолистых веществ в процессе горения быстро достигают максимальной температуры − но и быстро сгорают, в отличие от брикетов из лиственных пород.

Очень интересный продукт  − топливные брикеты, на 100% изготовленные  из коры. Они тлеют, не сгорая, и дают жар продолжительностью до 10−12 ч, поэтому  их используют для поддержания в  доме комфортной температуры в течение  длительного времени. Например, чтобы  не подкидывать ночью в печку  очередную порцию брикетов. На ночь можно оставить несколько таких  брикетов тлеющими в топке, а утром  добавить брикетов из опилок и таким  образом быстро довести температуру  котла до необходимой.

Прочность брикета приобретается  за счет содержащегося в древесине  вещества − лигнина, который расплавляется  под воздействием температуры и  нагрева.

Технические характеристики:

5. Физические процессы используемые в технологии

Цель данной статьи, в  меру возможного, популярно изложить физические процессы, происходящие в  прессе-экструдере при производстве топливных брикетов.

Шнековое прессование (экструзия) - метод формования в экструдере изделий неограниченной длины продавливанием аморфного материала через формующую  головку с каналом необходимого профиля.

Аморфность измельченного  материала достигается повышением температуры прессования до 250-300 0С за счет внутреннего и внешнего нагрева. Внутренний нагрев происходит при трении шнека по материалу.

Когда рассчитывается шнековый пресс учитывается общая теория, говорящая, что, если представить график по длине канала (это ось «x»), а  по оси «y» откладывать свободную (где есть опилки) площадь в каждом сечении, то эта кривая должна быть плавно падающей, выходящей на величину сечения на выходе. Эта кривая и  определяет качество процесса в шнековом прессе.

Если в каком либо сечении  по этой кривой будет провал вниз, то есть сечение на каком-то участке  занижено, то:

Во-первых, если провал небольшой  и мощности двигателя хватает, чтобы  протолкнуть опилки, то на выходе из сужения брикетный рукав расширяется, уменьшается плотность и тогда  на выходе у него будет много трещин, и он будет рыхлый.

Во-вторых, если сечение сильно заужено, то поток опилок заклинит. И в этом случае происходит три  варианта следствия:

- двигатель остановился,  ток двигатель зашкалил; (двигатель  вы, конечно, выключили);

- двигатель работает, брикетный  рукав не идет, но мы видим,  что в бункер подачи навстречу  движения идёт поток опилок, как  правило, уже чуть потемневшие;  ток двигателя не дёргается,  но немного повышенный;

- двигатель работает, брикетный  рукав не идёт, потока назад  нет или очень мал; ток двигателя  яростно дёргается; через несколько  секунд должен произойти паровой  выброс (выстрел).

Здесь перечислены следствия  при занижении сечении. Как правило, занижается в трёх местах:

- в районе начала последнего  витка шнека; 

- в районе непосредственно  конца последнего витка шнека  или шнековой насадки; 

- в районе первой трети  «носа» шнека или шнековой  насадки. 

 В этих местах очень  сложные переходы и шнека и  фильер, и даже, если конструктор  «вылизал» сечения, то при установке  щнека игрой шайбами, чтобы  двигать шнек по оси, мы всю  геометрию ломаем. Двигая по оси,  мы можем попасть на оптимальные  сечения, но это вероятность,  которая может быть и не  в нашу пользу.

Место сужения проходного сечения можно определить по месту, где произошла остановка брикетного рукава. Для этого осторожно открываем  голову экструдера и определяем место, где поток остановился (плотно забился).

Чтобы этот эффект исчез  необходимо расширить сечение канала на этом участке.

Движение материала по каналу шнекового пресса происходит только в том случае, когда материал тормозится стенками (фильерами). Поэтому  каждый шнековый пресс имеет фильеры  с пазами. Особенно это важно на участке от конца последнего витка. Последний виток вращается и  своей торцевой поверхностью трётся о прессуемый материал. При трении частицы материала захватываются  и начинают вращаться. Пазы в фильере  на этом участке экструдера должны останавливать это вращение, и  оно должно быть полностью остановлено  до входа в регулярное сечение.

Если пазы на этом участке  малы или забиваются, то вращение материала  происходит вплоть до входа в регулярное сечение и тогда брикетный  рукав выходит, но на выходе разваливается  на шайбы толщиной 20-30 мм. Физически  это объясняется тем, что вращающийся  от шнека материал останавливает  вращение на входе в регулярное сечение, но это остановка происходит по всей длине до последнего витка, то есть нарушение сплошности происходит в  сечении последнего витка шнека.

Отметим ещё одну особенность  процесса при расчете шнекового  пресса.

Плотность брикетного рукава должна быть в пределах 1.1-1.3 г/см3. Чтобы  плотно сжать надо, чтобы вращающаяся  поверхность последнего витка толкала  перед собой материал и он в  это время во что-нибудь упирался, чтобы было развито давление достаточное  для сжатия до такой плотности. Это  достигается изменением геометрии  канала, сечение которого из ярко выраженного  кольцевого переходит в регулярное сечение брикетного рукава. Длина  этого перехода по оси пресса-экструдера и определяет величину сопротивления. Следовательно, угол наклона фильеры  в этом районе и является определяющим для получения брикетного рукава заданной плотности.

Производительность шнекового  пресса зависит также от плотности  материала, который подаётся на последний  виток шнека. При повышении плотности на последнем витке при сохранении скорости вращения шнека (объёма прессуемого материала) возрастает производительность экструдера.

Общеизвестно, что оптимальная  влажность прессуемого материала  должна быть от 6 до 12%. Поскольку прессование  идёт при сравнительно высоких температурах, то та влага, которая находится в  материале испаряется, выходит из брикетного рукава в виде пара и  разрушает сплошность рукава и поэтому  при разработке оборудования для  производства топливных брикетов очень  серьёзное внимание уделяется сушке  измельченного материала.

Поскольку, при нагреве  растительного материала (опилок) выделяется смола, то соединяясь с влагой и при  остывании, это соединение становится достаточно плотным, склеивая тем самым  весь объём материала. При влажности  менее 6% уже недостаточно влаги, чтобы  создать необходимое количество массы для склеивания.

6. Место человека в этой технологии-подсистеме и их взаимодействие

Производство топливных  брикетов имеет место для человека как для потребителя, так и как для управленца.

Область применения брикетов.

- все виды отопительного  оборудования на твердом топливе  (котлы, печи, камины и т.п.). По  нашему опыту для зимних условий  средней полосы для эффективного  отопления коттеджа порядка 200 м кв. в сутки достаточно использовать  не более 30 кг брикетов. Это  объем  -0,039 куб м. При этом  ошибочным является мнение о  невозможности автоматизации процесса  загрузки брикетов в топку.  Этот процесс легко автоматизируется  и на рынке представлены соответствующие  загрузочные устройства.

- брикет идеальное топливо  для бань и саун. Практически  никакое другое топливо не  позволяет столь эффективно протопить  баню с соблюдением всех экологических  и санитарных требований.

- как это не парадоксально,  но брикеты на практике лучше  и удобнее, древесного угля  при приготовлении шашлыка и  барбекю.

- в конечном счете брикет - это топливо и может использоваться  везде, где требуются высокая  температура, устойчивое, бездымное  пламя, долго горящее (до 1 часа) и дающее длительный жар (еще  до 1 часа), и не оставляющее после  сгорания практически никаких  отходов.

Тема производства топливных  брикетов - это типичный предмет  для малого и среднего бизнеса, т.к., как по объему продукции и соответственно потенциальной прибыли, так и  объему необходимых инвестиций, и  по видимому не может заинтересовать олигархов.  Комплекс оборудования минимально достаточный для эффективного производства требует ограниченных инвестиций, что делает его доступным для указанных субъектов.

Расширение объемов производства путем концентрации оборудования может  оказаться нецелесообразным ввиду  трудностей доставки сырья.

Тема также может быть интересна как дополнительная технология для углубленной переработки  отходов лесопильных и столярных  производств на месте их размещения.

Также успех в эксплуатации этой технологии имеют частные производители, поскольку производство такого рода требует хозяйского глаза и внимания. На производствах с формальным отношением и незаинтересованным персоналом, как правило, все продолжается недолго.

Итак, если принято решение о необходимости освоения данной технологии.

Это означает:

1. Что Вы уже имеете  опыт производственной деятельности, либо уверены в своей способности  его освоить.

2. Ваши возможности позволяют  Вам привлечь необходимые инвестиции.

3. Вы располагаете возможностями  получения сырья определенного  вида и представляете его потенциальные  объемы.

4. У Вас есть представления  о месте размещения производства  и необходимые кадры. 

5. Вы представляете направления  и способы сбыта готовой продукции.

Кое-какие комментарии  к сказанному выше.

1. Нужно понимать, что  производство брикетов не забава, а серьезное производство с  серьезной технологией. Данное  производство - полноценное производство  со всеми вытекающими проблемами.

2. Готовьтесь произвести  частичную предоплату оборудования. Это серьезный трудоемкий и  материалоёмкий комплекс, и никто  не станет изготавливать его  на склад в ожидании заказчиков, кроме того, индивидуальные запросы  каждого заказчика могут быть  различны.

Иногда у желающих начать возникает идея – дайте нам  оборудование, а мы в дальнейшем рассчитаемся за него встречными поставками готовой продукции. Эта идея принадлежит  к области фантастики.

3. Вы определили вид  сырья и его объемы. Вы представляете  его стоимость, способы доставки  и хранения

4. У вас есть необходимое  помещение или возможность его  получения. При этом Вы представляете  уровень затрат на его содержание. Как минимум Вы должны располагать  возможностью привлечения руководителя  данного производства с потенциалом  среднего звена  знакомого  с производственной деятельностью,  хозяйственными способностями, умеющего  руководить коллективом.

5. Варианты сбыта: собственное  потребление, экспорт, местный  рынок через оптовые поставки  крупным и средним потребителям  или розничная торговля.

Таким образом, производство топливных брикетов интересно обществу с разных сторон.

7. Наука и ее возможное влияние на современное состояние технологии, их обратная связь

Все топливные брикеты  разделяют на три типа, которые  возникли исходя из использования разных опилок и разных методов производства.

 Первый способ появился, как нетрудно догадаться в  самом начале развития отрасли.  Назван такой способ RUF. Производство  брикетов ведётся на гидравлических  прессах сверхвысокого давления. После обработки исходный материал  превращается в своеобразный  топливный кирпичик. Полезными особенностями  такого метода является относительная  дешевизна оборудования, его редкостная  простота, что в свою очередь  снижает требования к профессионализму  и подготовке персонала. Опять  же это позволяет устанавливать  такие топливные заводики в  слабо развитой в индустриальном  плане местности, потому что  для такого предприятия инфраструктура  нужно просто по минимуму. Если  выделить плюсы экономические,  то такие топливные брикеты  обладают наименьшей себестоимостью, и потому при, отсутствии особых  требований со стороны покупателя, наивысшей конкурентоспособностью. Но это только в том случае, если качество продукта для  потребителя не является самым  важным параметром. Потому что  такие топливные брикеты не  особо устойчивы к влаге, для  них нужна очень плотная и  качественная упаковка и в  хранении ведут себя довольно-таки  капризно. Не очень устойчивы  такие топливные брикеты и  к длительным перевозкам и  случайным силовым воздействиям  в ходе них – потому лучше  всего сбывать эту продукцию  вблизи от места производства.