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干混砂浆生产线设计和制造

2018-02-17


干混砂浆自动生产线的整体工艺设计和设备选型

1 引言

在人们日益对干混砂浆的认识, 同时在国家节能减排政策引导下带来的投资大规模干混砂浆生产线的热潮中, 投资者如何选择规模, 设备; 如何理清自身对生产线的要求对于投资的竞争力甚至投资的成败有着不可估计的影响. 干混砂浆工厂的设计和建造是一项系统工程, 特别是大规模30-60 万吨的大批量干混砂浆生产线要求投资大, 使用期长, 能耗和物流运营费用低等, 使得对设备供货商的要求越来越高, 工艺平台的先进性也越来越受到人们的关注. 本文首次提出工艺平台的概念, 并就基于亨维(H+V) 的干混砂浆工艺平台hvProcessTM 阐述大规模工业干混砂浆生产线和物流系统的设计建造以及设备的选型.

2 干混砂浆生产线工艺平台

在流程工业领域工艺是散体物料工厂设计制造的“灵魂”. 先进的工艺平台保障投资的正确保值. 比如亨维(H+V) 的工艺平台hvProcessTM可以保证其生产线至少十年的先进性, 它主要由以下的互相交叉的部分组成:

设计选型准则

工艺要求

物料特性

知识经验库

评估体系高效原则环保标准精度等级可靠性分析料仓设计准则机架钢结构准则

批次流程/连续流程无交叉物料污染离析的可能性灵活性/可扩充性关键/辅助设备参数设计/计算

散体力学理论基础物料特性数据库数学建模试验认证/放大

试验装置/经验知识工艺流程技术创造力工业设计

干混砂浆产品应用

控制系统经验参数

材料和加工技术

 

 

对于干混砂浆生产线的可以形成以下工艺参数:

              • 小时设计产量

              • 按实际配方所需的原材料筒仓和添加剂筒仓

              • 原材料筒仓体积

              • 配料、称重精度

              • 混合流程

              • 包装产品产量和/或散装

              • 确定生产流程和运输流程(散装物流)

              • 确定生产自动化程度——全自动、半自动、人工操作

              • 生产设备与计算机系统的连接.

 

工艺参数设计计算保障配套设备的匹配, 避免产生“瓶颈” 现象. 设计选型准则保证设备的可靠性, 关键和辅助设备的区分提高设备的性价比. 高效原则可以进一步提高产能, 降低辅助设施的成本. 所以, 基于工艺平台hvProcessTM 的干混砂浆生产线具有较高的性价比. 特别是对于大规模的普通砂浆生产线的投资没有“天生不足”. 计量称重的精确度高, 混合均匀度高, 速度快; 根据市场的需求可以预留扩充, 可以满足各类砂浆的生产要求.

3 关键设备制造

批次流程是干混砂浆生产线的主要工艺特征, 除砂的预处理部分外, 干混砂浆生产线的关键设备是计量称重单元, 混合系统和控制系统以及和自动控制流程相关的关键辅助设备储料仓的料位监控, 除尘, 气力上料, 安全溢流, 紧急维护闸阀, 助卸料流化装置等. 这些关键设备首先是按照要求设计, 通过相关的加工手段制造成部件或单机, 然后在亨维(H+V) 的工厂由专业人员组装和测试. 验收后运往现场安装.

3.1 计量称重

A) 喂料输送装置

精密配料计量称重系统由喂料输送装置(精密计量输送螺旋机或计量闸阀)和电子秤组成. 为了达到计量系统要求较高的计量一致性, 工艺平台hvProcessTM 要求特殊定制的螺旋机, 中间不允许支撑, 整体的耐磨设计要求螺旋叶片用耐磨钢材, 特定的动态参数, 轴封, 壁厚等. 这样的计量输送螺旋机可调范围大(变频), 可靠和耐磨. 对于一些物料可以采用精密计量闸阀, 它不是普通气动闸阀. 计量闸阀的优点是无旋转部分, 但只是适合有限的物料特性.

亨维(H+V) 精密计量输送螺旋机和计量闸阀有以下主要优点:

              • 可调范围大

              • 计量精度高.

              • 耐磨损(整体耐磨设计hvWR.DesignTM)

              • 维修简单,费用低

              • 运行费用低(无需流化用压缩空气)

 

B) 电子称斗的机械设计

电子秤人们通常将料斗加上称重传感器称为的电子秤. 但是, 在工艺平台hvProcessTM 要求的电子秤的精度等级中, 设计是考虑电子称斗是一个多体非线性振动系统, 通过机械设计模型化单质量振动系统. 斗的形状和传感器的位置以及支持面的平行度对于精度有很大的影响. 同时传感器选型也非常重要. 良好合理的电子秤计量系统是一个传感器和喂料器组成的反馈系统. 如图所示, 除外界干扰信号外, 还必须考虑系统的自振特性. 系统的自振特性和称的机械设计密切相关, 它主要是(质量, 弹性和阻尼)的函数. 由于设计的不同, 故会产生众所周知的如秤斗的震动会造成秤重仪表数字的跳动,这样会影响计量的动态精度. 深入的研究可以帮助改进称斗的结构和优化控制系统. 以下是亨维(H+V) 在自己的试验装置测试的计量误差数据. 计量量程为5, 10, 15, 20,25kg. 材料为轻质粉料. 斗体为不锈钢材质.

计量称重试验


 

在试验中还采集不同时间点的测量重量值, 以便在一段计量时间内得到一个完整的动态计量过程曲线. 下图是对于同一种物料和同一量程不同的控制策略的测试数据. 它清楚地表明计量时间对于精度的影响以及称斗的机械结构参数(重量/弹性/阻尼)的重要性. 传感器仪表的性能和功能对于计量时间要求高的地方非常重要. 除此之外, 电子秤支撑架的结构的影响不可忽视. 在工艺平台hvProcessTM 中对于机架钢结构的振动动态性能有特殊的要求.

亨维(H+V) 公司的添加剂柔性计量站hvFlexDOSTM 是一非常灵活精确微量计量系统. 可置

于厂房的如何层面(通常可以放置在库房的地面上), 非常实用. 特别是用于设备的扩展.

: 集料计量和添加剂计量的有机配套结合(设备安装中).

3.2 混合系统

高效混合机是干混砂浆生产中最关键的一环,也即是工厂的"心脏". 数十年来人们针对不同
的物料特性和产品要求通过试验研究开发和应用了不同混合原理及设计, 高效混合技术已
广泛认为是干粉材料均匀混合中最有效的. 对于干混砂浆高效混合技术的基本要求是:

1) 对流和分散混合原理同时应用, 混合时间短60-180 秒钟.
2) 无混合死角(区)
3) 卸料时残余量少,容易或不用清理
4) 卸料速度快10-40 秒钟
5) 装载率高(干混砂浆75%), 单位总能耗低.

6) 配有高速刀片,能高效混合纤维和颜料.
7) 整体耐磨损设计
8) 维修保养方便,费用低
9) 备品备件库存少.

亨维(H+V) 的开口卸料系列SKH 和满清仓SSH 多层单轴混合机已广泛在粉体材料工业中使
, 试验测试表明是高效节能型; 普通砂浆的混合时间在2-3 分钟内.

如何判别是否是高效混合机, 前面已经提出基本要求. 最重要的有两点:

1)   达到下图表示的两种混合机理, 这就要求最混合原理进行大量的试验, 然后通过相似力学放大到其它尺寸(scale-up). 最后是通过试验优化叶片的形状, 角度达到高效混合.

2)   根据物料特性确定其流化参数, 设计相应装置使其达到最大的扩散空间时的装载率. 对于普通干混砂浆产品, 可以达到75%的装载率. 按照混合机内部结构和叶片对于驱动功率要求不一样.

下图是亨维(H+V) 的高效混合机, 为即插即用形式:

下图是混合机和计量称斗一体安装的形态. 除主混合外, 该混合机还配置了3 台高速刀片. 用于分散纤维和颜料. 每台高速刀片功率7.5kW, 转速3000 /分钟. 小时产能50 吨普通砂浆.

混合设备安装中

作为指导实际生产的混合时间, 亨维提供与之配套的实验室混合机. 实验室混合机结构和亨维(H+V) 干混砂浆生产用主机SKH SSH 型号相配合, 从而可以指导性优化具体生产参数, 保证研发产品的质量. 下图是万维嘉wGarten LM15-20 系列的外形图和技术参数.

 

 

4 配套设备的选型

配套的设备分型号不同有不同的配置. 按照通常的干混砂浆设备生产线主要配套有以下:

1) 提升机2) 皮带输送机3) 除尘器4) 筛分机5) 干燥机系统6) 包装机7) 散装头8) 旋转喂料阀9) 气力输送系统10) 空气压缩机系统11) 旋风分离器12) 振动喂料机13) 风机等

按照部件在系统的位置不同(功能不同), 有些设备可以称为关键设备, 比如振动喂料机水平式分段生产线的输送时就要求其可靠性高. 同样, 如果气力输送系统或提升机应用批次过程中这些设备就成为关键设备. 所以在工艺平台hvProcessTM 中主要是根据国内设备现状选择合理适用的工艺流程. 下图是亨维(H+V)为四川一家公司设计的3D 结构图, 它清楚地表示经典干混砂浆整个工厂的结构. 整套设备也是目前国内最完整的大规模干混砂浆生产线.

在设备选型中需要考虑物料的特性. 在干燥机系统的配套设备选型中, 物料的温度对设备的影响必须考虑. 各设备的连接, 料斗, 过渡仓, 特别是包装机喂料斗的设计要考虑它们对设备性能的副作用. 包装机有几种结构形式, 通常采用螺杆式. 考虑磨损和速度普通干混砂浆可以采用气送式包装机.

5 自动控制系统

整个生产流程由中央控制系统, 亨维(H+V) 的批次过程自动控制系统hvBatchMaker®为管控一体化. 工艺合理,效率高.

原材料上料控制任务包括:

              • 提升机

              • 分送至砂子筒仓

              控制柜设置至中央控制系统的接口, 便于中央监视. 批次混合工厂的控制包括:

              • 筒仓的除尘过滤器的控制

              • 筒仓监视

              • 称量计量仪的控制

              • 骨料称量配料的控制

              • 添加剂称量配料控制

              • 人工添加量的控制

              • 原材料气力输送控制

              • 混合机的控制

              • 包装机和散装的物料输送

 

主要控制流程: 原材料进入筒仓, 筒仓有料后, 各路原材料按一定顺序进入相应的秤斗计量配料,秤斗卸料采用碟阀,秤斗上装有震动器,待混合机给出允许下料信号,秤门打开. 然后卸料到混合机, 混合开始记时, 混合时间到,打开混合机下料门. 成品直接进入包装机喂料斗. 料放空后,关闭混合机门,开始下次配料与混合。喂料斗设上下料位器,如混合时间到,而喂料斗上料位有信号,则混合机门不开,喂料斗下即是包装机,料位低于下料位时,包装秤不工作,等达到低料位以上在正常包装。混合机配置有手动加料口,下料由碟阀控制,进入控制程序.

控制系统hvBatchMaker®核心组件: 三菱或S7 300PLC, 以太网, Profibus-DP( 数字信号传输总线), 标准组态平台(灵活性, 扩充性和可靠性高).

工艺平台hvProcessTM 中还考虑了工业设计应用于干混砂浆生产线, 物流系统, 库房, 管理, 实验室等需求. 下图是一个这方面的良好案例.

: 年产30 万吨干混砂浆完整生产线包括成品工厂, 散装物流设备


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