ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

     ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

     «КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

     Кафедра естествознания

     Реферат   по дисциплине

     «Современные  системы технологии»

на тему: «Технико–экономический анализ и принципы управления технологическим процессом производства полимерной пленки» 
 
 
 
 
 

     Проверила: доцент Павлова В.А.

     Выполнила: ст.318 гр. Фаттахова Л.Ф. 
 
 
 
 
 
 

     Казань 2011 

Содержание

Введение 3

1. Предмет производства. 4

2. Сырье и материалы для процесса производства продукции 12

3. Технологический процесс производства продукции. 13

4. Управление качеством продукции. 23

5.  Обеспечение  гибкости   производства. 26

6. Управление издержками производства 28

Заключение 29

Список использованной литературы: 30

Введение

     Совокупный объем потребления полимерных пленок и листов в России составляет 1,110 млн. тонн. Из них, порядка 77 тыс. тонн приходится на ламинированные пленки, а также порядка 9 тыс. тонн – на соэкструзионные материалы .

     Дальнейшее развитие полимерных упаковочных материалов и совершенствование оборудования для их производства будут способствовать все более широкому внедрению гибкой полимерной упаковки в хозяйственную деятельность человека. 

1. Предмет производства.

     Полимерная пленка - это та пленка, толщина которой находится в пределах от 0,2 до 0,3 миллиметров. Если толщина полимерной пленки выходит за эти рамки ее называют платиной или листом.

Табл. 1.-ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

Табл. 2.-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

  Перспектива применения в строительстве полиэтиленовой пленки как гидроизоляционного материала подземной части зданий и сооружений промышленного и гражданского строительства, а в водохозяйственном строительстве -в качестве противофильтрационных экранов обусловлена ее водонепроницаемостью, высокой прочностью, гибкостью, сравнительно невысокой стоимостью.

     Основной  способ производства полиэтиленовой пленки - экструзия с последующим пневмомеханическим растяжением

     Полиэтилен  в виде гранул подают в шнековый пресс. Подхваченный шнеком материал перемещается вдоль обогреваемого цилиндра, нагревается  и переходит в пластическое состояние. Расплав полиэтилена с температурой 120... 130 °С выдавливается через мундштук в виде толстостенной (0,9 мм) трубки. Под давлением нагнетаемого воздуха  с давлением 0,2...0,3 МПа трубка превращается в рукав, который поступает на тянущие вальцы, где складывается в две полосы. Скорость экструзии  и раздувания около 40 см/мин.

     Пленка  обладает высокой химической стойкостью, особенно к минеральным кислотам, в том числе к концентрированной  плавиковой кислоте и щелочам, за исключением концентрированной  азотной кислоты. 
 
 
 
 

Структура потребления полимерных пленок и листов в России,  %

 
Полиэтиленовые пленки

     Рынок полиэтиленовых пленок хорошо развит и является самым емким на российском рынке полимерных пленок (632 тыс. тонн или 1,419 млрд. $). Средний темп роста  рынка находится на уровне 8,2%. Основной объем спроса удовлетворяется за счет отечественного предложения. Доля импорта в общем объеме потребления  полиэтиленовых пленок в 2006 году составляла 15%.Сегодня в России производятся буквально все виды пленок за исключением ориентированных, где импорт составляет 100%. К другому направлению, обладающему значительной возможностью для замещения импорта относится стретч-пленка. В остальных сегментах доля импорта незначительна. 
 
  
А) Термоусадочная полиэтиленовая пленка. 
Данный рынок является крупнотоннажным (объем потребления составляет 201,8 тыс. тонн на USD 367 млн.), обладает средними темпами роста и значительным потенциалом для дальнейшего развития. В ближайшие годы будет происходить массовый переход к многослойным (соэкструзионным) термоусадочным пленкам, главным образом, трехслойным. В настоящее время на российском рынке подавляющая доля приходится на однослойную пленку. Многослойная структура позволяет изготавливать более прочные пленки при гораздо меньшей толщине. Благодаря этому пленка имеет больший блеск и прозрачность. Производство пленок меньшей толщины  позволяет уменьшить расход сырья. Более высокопроизводительные линии делают более экономичным производственный процесс.  Таким образом, по мере появления новых игроков, способных приобрести линию для производства многослойной термоусадочной пленки, данные пленки будут вытеснять однослойные. В настоящее время возможно создание крупного производства, обслуживающегося центральные регионы России. Через два-три года эта ниша будет заполнена.  
 

Б) Молочная полиэтиленовая пленка. 
Привлекательным может быть производство многослойной (трехслойной и пятислойной) молочной пленки с внутренним черным светоотражающим слоем. Данная технология позволяет значительно увеличить сроки годности молока. В ближайшие годы будет происходить переход на трехслойные и пятислойные пленки. Рынок многослойных молочных пленок обладает значительным потенциалом: 1) до 20% рынка фасуется в однослойные и двухслойные пленки; 2) более 20% молока по стране реализуется нефасованным. В настоящее время рынок увеличивается небольшими темпами, но стабильными.

В) Биориентированная полиэтиленовая пленка (БОПЭ) 
Емкость российского рынка способна покрыть установку БОПЭ линии. БОПЭ пленки являются наилучшим на сегодняшний день способом конфетного этикета. Для потребителей вопрос использования данного материала – это вопрос финансовых возможностей. В случае уменьшения цены твист пленки на основе БОПЭ, подавляющее количество потребителей обязательно перейдет к использованию данной продукции. Учитывая, что больший вес в себестоимости конфетного этикета составляют расходы на печать, переход на более дорогие пленок представляется очень вероятным. К тому же, многие потребители отмечают, что покупали бы пленки ExxonMobil хотя бы по причине того, что все остальные виды пленок наихудшим образом сказываются на состоянии этикетировочного оборудования. Сегодня, отсутствие собственного производства сырья - бимодального полиэтилена, - делает это производство менее рентабельным. Уже в 2008-2010 годы сразу несколько отечественных производителей полиэтилена запустили установки на основе современных бимодальных технологий, позволяющих производить марки бимодальной структуры.

Полипропиленовые пленки 
Объем российского рынка полипропиленовых пленок составляет 0,576 млрд.$ или 189 тыс. тонн. Рынок в значительной степени зависит от импорта. По итогам 2006 года доля импорта составила 35%. Средний ежегодный темп роста составляет порядка 12%. 
В настоящее время в России налажено производство всех видов полипропиленовых пленок, кроме самоклеящихся. Вместе с  тем, производство БОПП пленок и тонких соэкструзионных каст пленок пока еще очень молодо и находится на стадии становления. Значительными размерами замещения импортных поставок обладают такие сектора рынка, как клейкая лента, тонкие неориентированные (каст) пленки, листы.

Полистирольные пленки 
Объем рынка полистирольных пленок в России составляет 0,194 млрд. $ или 63,26 тыс. тонн. Рынок небольшой, но развивающийся. Средний темпы роста рынка составляют 20% в год. Столь высокую динамику обеспечивает бурное развитие рынка БОПС пленок. 
Доля импортных поставок составляет 25%. Производство ориентированных полистирольных пленок в России пока отсутствует.

Поливинилхлоридные пленки 
Объем рынка поливинилхлоридных пленок в России составляет 0,834 млрд. $ или 170 тыс. тонн. Рынок сильно импортозависим, в 2006 году доля импорта достигала 79%. Ежегодный рост рынка составляет в среднем 9%. 
Производство ПВХ пленок в России довольно слабо развито. Это вызвано несколькими причинами. Во-первых, производство ПВХ пленок очень сложный и дорогостоящий процесс, во-вторых, в отличие от других видов пленок, основное сырье – поливинилхлорид - является  далеко не основным компонентом в  композиции. Гораздо большую ценность здесь представляют всевозможные добавки, производство которых в России отсутствует. В России не производятся обязательные добавки, такие как: стабилизаторы, модификаторы. Это очень сильно сдерживает развитие внутреннего производства, особенно это касается мягких (пластифицированных) пленок. 
Значительную долю в общей структуре потребления занимают самоклеящиеся пленки. Этот рынок на 100% обеспечивается импортом. 

Полиэтилентерефталатные пленки 
Объем рынка полистирольных пленок в России составляет 0,094 млрд. $ или 34,28 тыс. тонн. Рынок сильно импортозависим, в 2006 году доля импорта достигала 63%. Российский рынок ПЭТ пленок является на сегодня одним из самых быстро растущих. Средний ежегодный прирост рынка составляет 25%.  
В России пока не производятся биориентированые и термоусадочные ПЭТ пленки. В этих сегментах доля импорта достигает 85-100%. Рынок АПЭТ пленки может быть вполне перспективным для новых игроков.

Многослойные пленки 
Совокупный объем рынка многослойных материалов (ламинированных и соэкструзионных) в России оценивается в 0,776 млрд. $ или 135,42 тыс. тонн (в т.ч. молочные коэкструзионные). Внутреннее производство многослойных материалов довольно хорошо развито. Доля импорта составляет 17%. Средний ежегодный темп прироста потребления - 8% в год. 
 
 
 
 
 

2. Сырье и материалы для процесса производства продукции

     В производстве полимерных пленок используют как природные полимеры, так и  искусственные. Так же применяют  синтетические полимеры. К природным  полимерам относят полимеры, сделанные  с помощью использования натурального каучука, белка или других веществ. Всем известный целлофан тоже относится  к этой группе. Далее следует группа искусственных полимеров, являющихся результатом переработки полимеров, называемых природными. В нее входят пленочные полимеры, полученные путем  гидрохлорирования натурального каучука. Одна из самых больших групп полимерных пленок представлена синтетическими полимерами. Самыми распространенными из них  являются те, которые взяли за основу полиолефины, полиамиды и многие другие. Для изготовления полиэтиленовых пленок используют полиэтилен высокого давления в чистом виде, с добавками антистарителей и светостабилизаторов или пигментов. В отличие от других видов пленок, основное сырье ПВХ пленок – поливинилхлорид - является  далеко не основным компонентом в  композиции. Гораздо большую ценность здесь представляют всевозможные добавки, производство которых в России отсутствует. В России не производятся обязательные добавки, такие как: стабилизаторы, модификаторы.

     Сегодня в России для производства полимерных пленок используется 57% полиэтилена, 23% полипропилена, 4% полиэтилентерефталата и 16%  других синтетических материалов. В отношении полипропилена следует сказать, что его в нашей стране в 2006 году было произведено около 320 тыс. т, 21,5% из которых пошло на изготовление пленок. При этом рост потребления пленки до 2015 года прогнозируется на уровне 12% ежегодно. 

3. Технологический процесс производства продукции.

     На  сегодняшний день известны два основных способа изготовления пленок: метод «выдувной экструзии» и метод «плоскощелевой экструзии».

Слово «экструзия» имеет греческое  происхождение и означает «проталкивание», что весьма точно характеризует  начало процесса. Экструдер, осуществляющий процесс экструдирования полимера, напоминает обычную мясорубку и  состоит из материального цилиндра и размещаемого внутри него червячного пресса, который, вращаясь, должен проталкивать сырье к выходу экструдера.

     Поскольку исходное сырье поставляется, как  правило, в виде гранул, и засыпается в загрузочный бункер на входе  экструдера, материальный цилиндр по всей его длине окружают нагревательные элементы, задача которых - нагреть  гранулы и постепенно, по мере их продвижения к выходу экструдера, превратить их в расплав.

     Далее этот расплав проходит через фильтр, который необходим для задержки посторонних частиц и загрязняющих включений, и попадает в экструзионную  головку – выдувную или плоскощелевую, в зависимости от применяемого метода.

     И в том, и в другом случае назначение головки – превратить расплав  полимера в пленку, поэтому ее по праву можно считать сердцем  экструзионной линии.

     Выдувная  экструзия

     Выдувная  экструзионная головка представляет собой цилиндр, внутрь которого с  небольшим зазором вставляется  сердечник (дорн), по периметру которого проточены спиральные каналы, более  глубокие на участке попадания в  них расплава, и сходящие на нет  при его выходе из головки.

В зависимости  от конструкции головки, расплав  может попадать в спирали из специальных  отверстий, проточенных в центральной  части дорна (подача расплава изнутри), или же непосредственно, снаружи (наружная подача).

Во втором случае обеспечивается наименьшее время  очистки каналов при смене  рецептур, а также уменьшается  вероятность подгара некоторых  сырьевых компонентов, чувствительных к перегреву (например, полиамида PA), поскольку расплав находится  только в спиральных каналах.

Нагрев  экструзионной головки осуществляется с помощью кольцевых нагревателей, поддерживающих заданную температуру  с помощью терморегуляторов. В  случае выдувной экструзии выдув, может  осуществляться как вверх, так и  вниз, в зависимости от типа получаемой пленки.

     При выдуве по схеме «снизу вверх» расплав  сразу же после выхода из кольцевой  фильеры головки превращается в  пузырь за счет герметизации верхней  части пузыря и подачи внутрь него сжатого воздуха, раздувающего образовавшуюся рукавную пленку до требуемого диаметра. Одновременно этот пузырь охлаждается  сжатым воздухом по всему периметру  с наружной, а в ряде случаев, для  повышения эффективности охлаждения с помощью системы IBC (Internal Bubble Cooling) – и с внутренней стороны, и  вытягивается наверх с помощью приемно-вытяжных валков.

     При выдуве «сверху вниз» расплав  из кольцевой фильеры головки  направляется вниз и проходит через  ванну с водой для резкого  охлаждения, благодаря чему приобретает  гораздо более высокую прозрачность, чем в первом случае. После охлаждения пузырь складывается с помощью двух сходящихся панелей и в виде плоскосложенного рукава направляется к намоточному  устройству, имеющему одну или две  станции.

     Одностанционный намотчик применяется в случае, если конечный продукт – рукав, свернутый  в рулон. Если же рукав разрезается  с двух сторон, то каждое из образовавшихся полотен направляется на свою намоточную станцию – в этом случае необходим  двухстанционный намотчик.

     Выдув «снизу вверх» широко используется для  изготовления термоусадочных пленок, где главный принцип: «сильнее раздув – больше степень усадки».

     Варьируя  коэффициент раздува (BUR – blow up ratio) и  применяя соэкструзию (подсоединению  к одной экструзионной головке  нескольких экструдеров, каждый из которых  предназначен для подачи своего материала). Можно производить широчайший ассортимент  как однослойных, так и многослойных пленок, используемых как для общей  упаковки, так и для специальных  целей (например, барьерная пленка для  пищевой промышленности, для использования  в медицине, и др.)

     Пленка, получившаяся в результате такого производства, считается условно неориентированной  – прочность тонкой пленки при  ее растяжении по любому направлению  сравнительно невысока. Можно ли повысить прочность пленки, сохранив ее толщину  на прежнем уровне? Ответ на этот вопрос дает метод, получивший название «Double Bubble» (двойной раздув).

Начало  процесса совпадает с выдувом  по схеме «сверху вниз», однако после  прохождения через водяную ванну  рукав не отправляется сразу на намотчик, а складывается и вытягивается с  помощью приемно-вытяжных валков наверх башни. Далее рукав проходит сверху вниз через систему печей, нагревающих  его для увеличения пластичности, и, наконец, следует очень сильный  раздув в поперечном направлении TD (Transversal Direction), благодаря чему пленка приобретает в этом направлении  повышенную прочность и, как уже  было сказано, способность к усадке. Одновременно, за счет разницы скоростей  приемно-вытяжных валков наверху башни  и приемных валков на намотчике, пленка растягивается в продольном направлении MD (Machine Direction).

Таким образом, пленка оказывается сориентированной в двух направлениях и обладает при  этом отменными усадочными свойствами.

     Пленка, изготовленная с помощью данного  метода, может иметь толщину до 35 мкм. Используется для упаковки наборов  одноразовой посуды, компакт-дисков и видеокассет, фотоальбомов и игрушек, и вообще любых предметов, имеющих сложную геометрическую форму или требующих соединить несколько предметов друг с другом в единую упаковку (например, чашка и блюдце).

     В принципе, имеется возможность уменьшить  или даже полностью устранить  усадочные свойства пленки, протянув ее после изготовления через специальную  печь с захватами, удерживающими  пленку за края и препятствующими  ее усадке, но данный способ применяется  крайне редко по чисто экономическим  причинам.

     Существует  еще одна разновидность ориентирования пленки, получившая название «Triple Bubble» (тройной раздув). Не углубляясь в  тонкости технологии, в первом приближении  можно сказать, что это метод  «Double Bubble», дополненный еще одной  башней, назначение которой – уменьшить  усадку до заданного уровня.

     Такая технология используется для изготовления колбасных и сосисочных оболочек, имеющих толщину от 70 мкм и  обладающих высокими барьерными свойствами по отношению к кислороду. А также  для производства пленок с мембранным эффектом, которые в силу эффекта  избирательности являются барьером для одного газа и, вместе с тем, могут  пропускать другой газ без каких-либо проблем.

     Такая упаковка используется, например, для  хранения некоторых сортов мягкого  сыра, который, находясь внутри упаковки в стадии вызревания, выделяет углекислый газ, который необходимо выпустить  наружу и, вместе с тем, не допустить  проникновения внутрь упаковки кислорода  из окружающей атмосферы.

     Наконец, существует еще один способ повышения  прочности пленки, получивший название «Cross linked» (сшитая структура). Суть способа  – в прогоне пленки (в процессе ее изготовления или, с несколько  худшим результатом, с перерывом  во времени) через камеру, где она  подвергается облучению рентгеновскими лучами. При этом увеличивается количество межмолекулярных связей (молекулы как бы сшиваются друг с другом), и пленка становится прочней.

     Этот  способ в силу опасности производственного  процесса не получил широкого распространения  в Европе и в настоящее время  используется главным образом в  США.

Плоскощелевая (каст) экструзия

     В основе процесса, как и при выдувном способе – экструдер (или экструдеры – в случае многослойной соэкструзии), который подает расплав через  фильтр в распределительный блок, задача которого – распределить расплав  по всей ширине плоскощелевой головки. Плоскощелевая головка в первом приближении представляет собой  конструкцию с двумя пластинами, щель между которыми регулируется с  помощью специальных термоштифтов, размещенных по всей ширине плоскощелевой  головки, и задает количество расплава, вытекающего на вращающийся под  головкой главный (поливной) барабан.

     Задача  последнего – резко охладить расплав, превратив его в пленку (отсюда и другое название данного способа  – «каст»- что переводится как  «отливка»), - для этого он охлаждается  оборотной водой от промышленного  водяного холодильника (чиллера).

     Для того чтобы изменить толщину пленки, достаточно ускорить или замедлить  вращение барабана, что упрощает процесс  перехода на новый ассортимент продукции  и снижает требования к обслуживающему персоналу.

     Далее пленка огибает второй барабан, охлаждающий  ее другую сторону, проходит через осциллирующее  устройство разгона разнотолщинности и попадает на одностанционный намотчик (так как при этом способе пленка всегда производится только в виде полотна).

     В силу технологических особенностей плоскощелевой способ предусматривает  обязательную обрезку кромок пленки, что предопределяет необходимость их переработки для вторичного использования или потерь при утилизации.

   Вместе  с тем плоскощелевая экструзия  имеет массу преимуществ перед  выдувным способом, главные из которых  следующие: