1 設(shè)計理念

       1.1 生產(chǎn)線設(shè)計要求

       1.1.1 產(chǎn)能設(shè)計要求

       單組分聚氨酯防水涂料年生產(chǎn)能力2 萬t，雙組分聚氨酯/聚脲防水涂料年生產(chǎn)能力1 萬t，滿足公司日益增長的產(chǎn)量需求。

       1.1.2 質(zhì)量設(shè)計要求

       保證聚氨酯/聚脲防水涂料的生產(chǎn)穩(wěn)定性，產(chǎn)品性能優(yōu)異，符合GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》和GB/T 23446—2009《噴涂聚脲防水涂料》的要求，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的聚氨酯/聚脲防水涂料。

       1.1.3 生產(chǎn)線操作設(shè)計要求

       設(shè)備實現(xiàn)電氣控制自動化，操作簡便，計量精確，中間過程具有可控性；有效減少人工操作，減輕工人勞動強(qiáng)度。

       1.1.4 生產(chǎn)線環(huán)保設(shè)計要求

              通過對真空脫水產(chǎn)生的氣體進(jìn)行處理，降低氣體中有毒物質(zhì)的含量，減少環(huán)境污染；對粉塵進(jìn)行有效吸附，建立無塵車間，給工人提供一個健康的工作環(huán)境。

       1.2 生產(chǎn)功能劃分

       1.2.1 原材料儲存區(qū)

       預(yù)聚體的合成是聚氨酯防水涂料的基本反應(yīng)，含活潑氫的化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）和含異氰酸酯基（—NCO）的二元或多元有機(jī)異氰酸酯是聚氨酯防水涂料的主要原材料[2] 。聚醚多元醇型聚氨酯因其性能上的優(yōu)勢，是目前主流的聚氨酯涂料產(chǎn)品，本公司生產(chǎn)的單組分聚氨酯防水涂料和雙組分聚氨酯防水涂料均選用了山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚醚DL-2000D 和EP-330N。本公司在原料安排上，液體原材料罐區(qū)的4 個150 m3 不銹鋼儲罐分別儲存了聚醚DL-2000D、EP-330N 以及另外2種主要液體填料氯化石蠟和芳烴油，同時剩余2 個儲罐備用，以應(yīng)對配方的調(diào)整。4 個儲罐中的原料都可以通過中控計量泵精確地輸往各個配料罐。粉料是涂料的次要成膜物質(zhì)，是制備聚氨酯防水涂料不可缺少的原料。而聚氨酯生產(chǎn)過程中的水分主要來自于粉料，粉料含水率過高，將影響產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性，使產(chǎn)品逐漸變稠，以致因黏度過高而無法使用。所以，公司在新涂料車間二層建立了1 100 m2 的粉料倉庫，防止粉料儲存時吸收地面的濕氣，特別是夏季。同時鋪設(shè)了蒸汽回流管道，有效利用蒸汽熱量對粉料進(jìn)行烘干。

       1.2.2 溫控設(shè)備區(qū)（加熱、冷卻）

       新聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線采用鍋爐蒸汽加熱，設(shè)備選型時，出于環(huán)保節(jié)能的考慮，選用了新型燃煤蒸汽鍋爐。鍋爐采用上燃機(jī)理設(shè)計，達(dá)到燃煤鍋爐的煙塵排放要求，可在一類環(huán)保地區(qū)使用，無噪聲擾民。燃煤蒸汽發(fā)生器與燃油、電加熱蒸汽鍋爐相比，可以減少30%的能耗，蒸汽發(fā)生器的受熱面積能達(dá)到92%，再加上配套的省煤器，使所產(chǎn)生的熱量能夠被鍋爐充分吸收，大大節(jié)省了鍋爐的運(yùn)行成本。

老生產(chǎn)線上的聚氨酯反應(yīng)釜采用冷導(dǎo)熱油降溫，效率很低，特別是在夏季，反應(yīng)釜要從115 ℃降溫到80 ℃，需要150 min 左右。新聚氨酯生產(chǎn)線安裝了夾套，采用冷水降溫，反應(yīng)釜從115 ℃降溫到80 ℃只需70 min，大大縮短了降溫時間，提高了生產(chǎn)效率。

       1.2.3 真空設(shè)備區(qū)

       含水率是聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過程中最需要控制的指標(biāo)。由于水的相對分子質(zhì)量只有18，含有2 個羥基，相同質(zhì)量的水和聚醚DL-2000D 所能消耗的—NCO 的數(shù)量相差100 多倍，所以在合成聚氨酯預(yù)聚體時，要避免水分的參與，防止多余的水分消耗—NCO，導(dǎo)致聚氨酯涂料變稠發(fā)黏。這就是聚氨酯原材料需要脫水的主要原因。

       真空設(shè)備需要穩(wěn)定的工作可靠性，來保證原材料的脫水效果。新聚氨酯生產(chǎn)線采用了兩臺水環(huán)真空泵，其吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，維修方便；且結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，可與一般電動機(jī)直聯(lián)，無須減速裝置，用小的結(jié)構(gòu)尺寸就能獲得大的排氣量。聚氨酯原材料在真空脫水時有可能被抽出，所以每個聚氨酯反應(yīng)罐都安裝了緩沖罐，用來檢查物料是否被抽出，同時也起到儲存作用。

       1.2.4 液壓設(shè)備區(qū)

       新生產(chǎn)線設(shè)計時就定位于具有國內(nèi)先進(jìn)水平的聚氨酯生產(chǎn)線，所以大部分的控制點都采用電氣控制代替了人工操作。某些重要的操作點，如放料閥，則同時保留了人工操作與氣動閥控制，防止氣動閥出現(xiàn)故障時無法進(jìn)行有效操作。

       氣動閥的工作需要借助壓縮空氣驅(qū)動，而且新聚氨酯生產(chǎn)線基本使用隔膜泵輸送，所以空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性就至關(guān)重要。我們選用了具有極佳動力平衡特性的雙螺桿空壓機(jī)，它由電動機(jī)直接驅(qū)動壓縮機(jī)，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動連桿使活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，引起氣缸容積變化。由于氣缸內(nèi)壓力的變化，通過進(jìn)氣閥使空氣經(jīng)過空氣濾清器（消聲器）進(jìn)入氣缸；在壓縮行程中，由于氣缸容積縮小，壓縮空氣經(jīng)過排氣閥的作用，經(jīng)排氣管、單向閥（止回閥）進(jìn)入儲氣罐，當(dāng)排氣壓力達(dá)到額定壓力0.7 MPa 時由壓力開關(guān)控制而自動停機(jī)，而當(dāng)儲氣罐壓力降至0.5～0.6 MPa時壓力開關(guān)又自動聯(lián)接啟動。

       1.2.5 生產(chǎn)設(shè)備區(qū)

       新聚氨酯涂料生產(chǎn)線共有19 個搪瓷反應(yīng)釜，其中6 個6 m3 的反應(yīng)釜（1#—6#）生產(chǎn)單組分聚氨酯防水涂料，4 個3 m3 的反應(yīng)釜（9#—12#）作為單組分聚氨酯的配料罐，7#、8# 釜（5 m3）作為單組分聚氨酯的研磨儲罐。17#、18#、19# 反應(yīng)釜（3 m3）生產(chǎn)雙組分聚氨酯的A 料，2 個5 m3 的反應(yīng)釜（15#、16#）生產(chǎn)雙組分聚氨酯的B 料，13# 反應(yīng)釜作為雙組分聚氨酯的B料配料罐，14# 反應(yīng)釜作為雙組分聚氨酯的B 料研磨儲罐。每個搪瓷反應(yīng)釜都裝有4 個壓式稱重模塊，可以將釜體的質(zhì)量信號傳至中央控制器，經(jīng)過計算之后，將釜體的質(zhì)量顯示在反應(yīng)釜數(shù)據(jù)箱及中控LED屏上。

       新聚氨酯涂料生產(chǎn)線裝有3 臺立式砂磨機(jī)，配好的漿料通過隔膜泵進(jìn)入砂磨機(jī)，然后漿料中的固體物料被研磨細(xì)化后從篩孔流出。砂磨機(jī)筒體部分配有冷卻裝置，防止筒內(nèi)因聚氨酯漿料、研磨介質(zhì)和圓盤等相互摩擦所產(chǎn)生的熱量影響產(chǎn)品質(zhì)量。

       1.2.6 成品存放區(qū)

       聚氨酯防水涂料屬于化工產(chǎn)品，不得存放于生產(chǎn)車間，以免發(fā)生事故。新聚氨酯防水涂料車間配備了3 000 m2 的成品庫房，按產(chǎn)品種類劃分區(qū)域，放置標(biāo)示牌。產(chǎn)品統(tǒng)一碼放于托盤上，并設(shè)有叉車通道，方便存取。

       2 關(guān)鍵工藝的改進(jìn)

       2.1 分段式生產(chǎn)

       老的聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線，配料、脫水、反應(yīng)工序都是在一個反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，必須等上一工序完成，才能進(jìn)行下一工序，生產(chǎn)效率較低。新生產(chǎn)線將聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)工藝劃分為配料、研磨、反應(yīng)三個階段，使三個階段互不影響，可以同時進(jìn)行，有效地利用了工作時間。比如，聚氨酯原材料脫水時間很長，一般在3~4 h 左右，之前這段時間無法得到利用，現(xiàn)在工人可以在這段時間進(jìn)行下一班的配料和研磨，實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。

       2.2 細(xì)節(jié)工藝的改進(jìn)

       新聚氨酯防水涂料生產(chǎn)線在很多細(xì)節(jié)上作了改進(jìn)。

       聚氨酯原材料在配料罐內(nèi)配制好后，形成的漿料黏度很高，若使用普通離心泵，則打料速度慢，因為離心泵的工作點是以水為基準(zhǔn)設(shè)定好的，如果物料黏度稍高，則需要配套減速機(jī)或變頻調(diào)速器，這樣成本就大大提高了，對于齒輪泵也是如此。所以新聚氨酯涂料生產(chǎn)線采用了適合中高黏度物料的隔膜泵，由于隔膜泵用空氣作動力，流量可以隨背壓（出口阻力）的變化自動調(diào)整。

       針對聚氨酯前期漿料黏度大、不利于輸送的特點，新聚氨酯涂料生產(chǎn)線還安裝了換熱器，通過提高漿料的溫度來降低黏度，保證漿料不會因在管道內(nèi)散熱而使黏度過高。

       新聚氨酯涂料生產(chǎn)線的單組分聚氨酯反應(yīng)罐（1#—6#）和雙組分聚氨酯A 料反應(yīng)罐（17#—19#）都裝有滴加罐，可以通過質(zhì)量流量計，勻速滴加TDI-80，控制反應(yīng)速度。實驗證明，控制TDI-80 的滴加速度可以使產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度提高10%。