某省申报科技打算项目的可行性报告案例.docx
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某省申报科技打算项目的可行性报告案例
*省科技打算项目
可行性分析报告
项目名称:
废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备
项目类型:
重大科技专项
专题编号:
30201
专落款称:
绿色制造,清洁生产
承担单位:
机械工程学院
FD环保科技
废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套
设备可行性本析报告
一、项目申请的必要性
1.目的和意义
本项目的目的是开发研制废旧轮胎常温制取精细胶粉的自动化成套设备,在较低本钱下实现对废旧轮胎的回收利用。
使我省在这一绿色制造领域走在全国的前列。
目前,可持续进展的战略思想已在我省深切人心,人口、环境、资源是21世纪阻碍我国经济进展的三大课题。
我省作为经济大省,只有解决好这三个课题,才能保证可持续进展战略的顺利实施。
废旧轮胎橡胶资源的再利用,涉及这三大课题的前两项。
橡胶,自从被人类熟悉以来,其应用范围日趋扩大,几乎贯穿了各行各业,各类橡胶制品企业如雨后春笋般纷纷涌现,给人们的社会生活带来了极大方便的同时也促使了橡胶工业的蓬勃进展。
橡胶轮胎作为汽车利用中不可替代的消耗品,因报废后被随意抛弃而造成了对环境的“黑色污染”。
目前,废旧轮胎是橡胶类工业固体废物的重要组成部份。
随着世界汽车工业的不断进展,如不及时应付,“黑色污染”将日趋严峻。
文献[1]说明,美国、日本、韩国每一年都产生大量的轮胎报废,其中美国已有超过2亿条废旧轮胎的存量。
废旧轮胎所产生的环保问题正日趋突出,据世界卫生组织统计,世界范围内每一年约有15亿条轮胎报废。
到2003年,我国的轮胎产量已居世界第二位,估量到2005年以后每一年将产生废旧轮胎的亿条以上。
由于子午线轮胎是我国轮胎业的进展方向,目前废旧钢丝子午线轮胎占废旧轮胎的比例愈来愈大,因此使对其处置的难度也愈来愈大。
橡胶是三大聚合物之一,具有
交联结构,属于不溶和难熔的高分子材料,很难降解,一样几十年都可不能自然分解。
从2006年开始,欧共体国家将严格禁制采纳掩埋的方式处置废旧轮胎。
长期露天堆放,不仅会占用大量的土地,还极易滋长蚊虫,造成传染病的传播。
废旧轮胎已成为工业废弃物中危害最严峻的垃圾之一。
美国对废旧轮胎采纳集中寄存、专业保护、回收利用等方式来排除隐患。
据统计,美国目前约有280多处废旧轮胎堆放场,每一个堆放场每一年的保护费用约为500万美元,有些州的法律已规定向废旧轮胎抛弃者收取每条美元的轮胎处置费用以维持庞大的开支。
目前,国际社会对废旧轮胎的处置都十分重视,从政府、研究机构到企业都在寻觅可行的解决方案。
众所周知,我国目前已经成为世界上第一用胶大国,2002年消耗生胶306万吨,但是,我国却是橡胶资源欠缺的国家,有一半以上需要入口。
废旧轮胎的回收和综合利用能够节约橡胶资源,替代部份生胶,是宝贵的二次资源。
将其制成精细胶粉后再加以综合利用是国际公认的最正确处置方式。
胶粉的用途十分普遍,如在轮胎生产中,加入必然比例的精细橡胶粉,既能够减少天然橡胶用量从而大幅度降低生产本钱,又能提高轮胎性能,已经成为子午线轮胎必不可少的原材料。
在高速公路、飞机跑道施工中,加入必然数量精细橡胶粉,能够实现沥青改性,提高路面的弹性和抗裂等性能。
随着科学技术的进步,在第三代铁路枕木、新型建筑材料、防漏材料、运动场所设施、地铁设施、橡塑制品如汽车脚垫、胶鞋、胶带、胶管等领域的应用将愈来愈普遍。
21世纪,人类进入了知识经济、循环经济时期,我省也正把“进展循环经济”和“成立循环型社会”作为实现可持续进展的重要举措。
废旧轮胎制取精细胶粉是高科技绿色环保项目,属于典型的“绿色制造”范围。
本项目研发的废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备技术含量高、应用范围广、具有广漠的市场前景。
项目的成功实施将会极大地提升国内常温制取精细胶粉成套设备的技术含量,产生庞大的经济效益和社会效益。
综上所述,本项目目的明确,所研制的废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备既是数字化系统又是绿色生产重大装备,因此具有重大的研究意义。
2.国内外概况及本项目技术的先进性及创新性
利用废旧轮胎制取精细胶粉整体来讲不外乎常温研磨和冷冻粉碎两大类方式[3-4]。
低温冷冻法是通过制冷介质(要紧指液氮)使橡胶冷冻到玻璃化温度以下进行粉碎的方式,该方式可取得40目以上精细胶粉。
上世纪80年代以来,随着低温工艺技术的进展,再加上欧美等发达国家拥有丰硕的液氮资源,美国、英国、德国,加拿大,日本等国家接踵研究出了液氮制冷低温粉碎制取胶粉的工艺和设备。
常温粉碎是指加工温度在50±5︒
C或略高温度下通过机械作用粉碎橡胶制成胶粉的一种方式[4]。
最先的常温粉碎法采纳辊筒粉碎法,一样通过粗碎和细碎,取得直径~的胶粉。
日本神户制钢研究所开发出一种废旧轮胎持续粉碎的方式,该法采纳旋盘式粉碎机,可取得直径为1mm左右的胶粉。
美国EURECTEC公司也推出一种称为EGS的常温粉碎装置,通过粗碎、金属纤维分离、三段细碎,取得直径为左右的胶粉。
挤出粉碎法是采纳挤出机将橡胶粉碎而在常温下生产胶粉的新方式,分为单螺杆和双螺杆挤出法。
挤出粉碎法利用了固相剪切挤出理论(SSSE),该理论以为,聚合物在高压状态下发生弹性变形,存储的弹性势能在剪切作用下暴发式的释放而引发聚合物材料内部微裂纹的迅速扩展、贯通而致使破碎[6,7]。
固相剪切理论最先由俄罗斯学者提出,并研制出双螺杆的挤出机[7-8]。
美国学者Arastoopour[9]那么对单螺杆挤出粉碎机进行了研究。
Schokke[10]和Bilgili[11]别离撰文研究了基于单螺杆挤出机在不同参数情形下的固相剪切挤出进程中粉碎、聚合、热传递和粘弹特性等物理特性,研究结果说明,在庞大的挤压和剪切应力下,应力应变关系在粉碎进程表现出了极强的非线性,同时揭露出粉碎区的温度和橡胶的粘弹特性会阻碍精细胶粉的形成。
1997年,原成都科技大学(现四川大学)的徐僖教授借鉴中国石磨的结构研制了一台磨盘形高分子材料粉碎实验机[12-13],其理论基础也是高分子力化学理论与固相剪切挤出理论,但未见对磨盘式粉碎设备的后续的研究。
螺杆挤出粉碎设备由于产量部高并未推行利用。
磨盘式常温精细粉碎研磨设备的胶粉产量大,生产本钱低,有更大的推行应用价值。
我国的胶粉生产始于上世纪80年代后期,是在引进的子午胎成套生产线原料配方中要求掺用必然比例的80目精细胶粉,那时,我国尚未胶粉,不能不靠入口解决精细胶粉原料。
由于利用废轮胎生产精细胶粉的技术复杂,到2000年以前,我国并无自己真正工业化生产技术,而是以40目活化胶粉替代80目胶粉。
在此期间,也掀起了一股胶粉技术设备的“引进热”,全国前后有多家企业花费大量外汇从美国、德国等引进了低温冷冻法胶粉生产技术及装备,但均告失败[5]。
失败的全然缘故在于引进的低温液氮冷冻法生产设备投资大,能耗高,操作难度大,投资回收期长。
一条生产线大多在500—600万美元,加上其他配套设施的投资,动辄数万万,更麻烦的是天天生产消耗的液氮本钱惊人,据文献[5]报导,液氮冷冻法生产1千克胶粉大约需要千克液氮,
仅此一项本钱即约3000元/吨,市场全然无法同意。
国内一些单位也曾尝试过采纳涡轮紧缩空气制冷方式生产精细胶粉[5,14],皆因能耗大、本钱高、生产无法正常运转。
所有这些说明,在我国由于液氮欠缺,供给紧张,价钱昂贵,故采纳液氮深冷的技术线路,在经济上不可行。
国内除曾引进低温冷冻法胶粉生产技术及装备外,也曾引进过5条常温法胶粉粉碎系统,但也均不成功[5]。
其缘故在于橡胶研磨进程中温升太高,冷却系统不完善,不能保证较低的研磨温度,有的乃至发生了火灾。
目前,国内采纳废旧轮胎制取精细胶粉的主流方式仍是采纳常温粉碎法,要紧厂家包括青岛绿叶、浙江绿环、FD环宇等。
制取进程要紧包括粗碎、中碎、细碎、研磨等环节[15-16]。
此刻国内常温法制取精细胶粉设备存在的要紧问题是产量低、自动化程度不高、噪声大、能耗高等。
能耗过大、散热及温控系统不完善是胶粉产量低、生产本钱相对较高的重要缘故。
例如仅破碎部份能耗就达到每吨200KW左右,研磨一吨60目的胶粉需要400多度电。
研磨机的散热问题一直没有取得专门好得解决[5],胶粒在研碎进程中产生大量的热,由于胶粉的导热性不行,不能够及时将热量传到刀盘,再经刀盘传到冷却液中,产量稍大就会发生冒烟,乃至着火现象。
依据上述本项目研究的重要意义和重大的应用价值,和国内外的研究现状和存在的要紧问题,咱们特立项申请广东省科技攻关项目,在与FD公司前期合作的基础上,针对常温胶粉粉碎技术的瓶颈技术问题展开科技攻关,研制开发新一代适合我国国情的废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备,为我省的绿色制造树立样板工程。
技术的先进性和创新性要紧体此刻本项目将采纳先进低本钱的热管技术,以换热介质的相变实现热能的传递,提高磨机磨盘处的换热效率。
研磨制取精细胶粉进程中的散热问题是公认的难题之一,由于橡胶研磨进程温升快,导热差,有的乃至致使火灾,这是目前制约常温高效制取精细胶粉的重要瓶颈问题之一。
另外,能耗过大,生产本钱高是制约常温低本钱制取精细胶粉的另一重要瓶颈问题。
本项目将采纳优化设计方式,在保证额定生产能力的条件下,以最大节能为目标,对整条生产线的能源配置进行优化设计,实现最大限度地节约能源。
为了方便地对设备状态、生产情形进行治理,及时找出存在的问题,生产线的
监控系统除具有现场和远程监控功能外,还具有生产报表、故障报警报表等壮大的报表功能。
本成套自动化生产线的研制成功,将会对废旧轮胎的再利用和相关产业的科技进步产生极大地推动作用。
3.市场预测和进展趋势
精细橡胶粉有着天然橡胶的弹性和再交联的性能,它已经不是简单的再生胶,而是一种新型的原材料。
国内外的实际应用说明,它有着极为广漠的市场。
目前,我国橡胶年产量不足60万吨,但橡胶年消耗量却居世界首位,高达280万吨,而且在以6%的速度增加,年缺口量约为220万吨,供求矛盾超级突出。
目前美国人均用胶量为20千克,而我国仅为千克,估量以后数年我国人均年用胶量将达到2千克。
因此,橡胶产量的增幅与用胶量的增幅有较大差距。
西方发达国家50年代就开始了胶粉的应用,而我国从80年代才开始重视这一项目的研究,并慢慢生产、应用和推行,但由于粉体细度达不到要求,推行速度缓慢。
稳固、靠得住的常温制取精细胶粉自动化成套设备的成功研制必将有力推动这一行业的迅速扩张和进展。
当前,国内一些企业如天津国际轮胎公司、河南轮胎厂等十多家生产厂从国外入口胶粉用于轮胎生产,而其他产业如高速公路、地铁、运动场跑道、铁路枕木、防漏防渗材料、橡塑制品等领域均有广漠的应用前景。
我国现有大型轮胎厂60多家,仅我国轮胎行业对精细橡胶粉的需求全就在每一年20万吨以上。
加上其他诸如制鞋业、建材业、绿化业、造船业、运动场、飞机场、铁路枕轨、高品级公路、现代化橡胶地板等相关行业对橡胶粉应用量将达到60万吨以上。
这足以说明精细橡胶粉作为一种新型原材料将会进展成为橡胶工业跨世纪的新的经济增加点,其市场前景十分广漠。
据悉,胶粉改性沥青在城市道路中的应用近期已被列入建设部科技项目打算。
交通部对胶粉在公路上的应用已经开始进行试点工作。
到2020年,全国将建成高速公路35000千米,相信在不久的以后,仅在道路建设方面将会产生一个庞大的胶粉需求市场。
由此也将会致使对精细胶粉制备成套设备需求的大幅增加[17]。
由于我国周边国家的汽车拥有量也在不断增加,相信,在不久的以后,低运行本钱的常温精细胶粉制取设备在这些国家也会有庞大的市场需求。
废旧轮胎制取精细胶粉技术是一项符合国家产业技术政策进展、有着广漠前景的朝阳产业。
“废橡胶制取精细胶粉”、“无污染的废轮胎处置产业化工程”等项目已列入《中国21世纪议程》。
一个以废旧轮胎为要紧原料、以生产精细胶粉为龙头的高科技环保产业正在悄然形成。
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二、开发内容
1.具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题
研制新一代废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备,项目的具体研究内容包括:
(1)热管散热技术及磨盘机的橡胶挤压粉碎机理的研究
利用先进低本钱的热管技术,以换热介质的相变实现热能的传递,提高磨机磨盘处的换热效率。
研究热管技术换热系统的运行参数与磨盘工作区的工作温度间的关系,确信最优的换热系统运行参数。
利用固相剪切粉碎挤出理论,成立磨盘研磨进程的动力学模型,从理论上研究旋转速度、紧缩率、工作电流等操纵参数与磨区温度及其梯度等研磨状态参数的关系;并偏重以实验的方式研究操纵参数与状态参数的关系。
采纳最优化理论确信磨盘结构参数及运行参数。
(2)能耗分析与基于能耗操纵的生产线优化配置
在保证额定生产能力前提下,以最大节能为目标,对整条生产线的能源配置进行优化设计,实现最大限度地节约能源。
(3)基于磁脉冲的胶粒除钢丝理论及实验研究
基于磁脉冲传热理论,确信磁脉冲参数与金属导热间的理论关系,研究最优的磁脉冲参数与胶粒尺寸、胶粒中金属温度间的关系,给出采纳磁脉冲法去除胶粒钢丝的高效方式。
(4)橡胶研磨进程状态智能监测、自动报表及整条生产线的自动化操纵
运用现代传感与信号分析技术,在取得有效评判指标的基础上设计有关操纵器,并实现对整条生产线的本地、远程监控、自动报表和自动化操纵。
(5)面向整条生产线的振动与噪声综合治理
用Sysnoise噪声仿真分析软件成立磨机及破碎机的仿真声场,并以此分析要紧噪声源及噪声传播途径,找出对噪声辐射水平阻碍较大的构件及关键的传播途径,从而确信合理的噪声被动阻尼处置方式。
重点解决的技术关键问题
1)磨机橡胶粉碎区的散热和温度操纵
橡胶粉碎进程温升太高,不能保证较低的粉碎温度,有的乃至发生火灾,这是目前制约常温高效制取精细胶粉的重要瓶颈问题之一。
本项目你采纳先进低本钱的热管技术,以换热介质的相变实现热能的传递,提高磨机磨盘处的换热效率。
2)有效降低常温制取精细胶粉自动化生产线的能耗
能耗过大,生产本钱高是制约常温低本钱制取精细胶粉的另一重要瓶颈问题。
本项目将采纳优化方式,在保证额定生产能力的条件下,以最大节能为目标,对整条生产线的能源配置进行优化设计,实现最大限度地节约能源。
2.项目特色和创新的地方
项目的特色:
在研究内容上本项目开发研制废旧轮胎常温制取精细胶粉自动化成套设备,废旧轮胎制取精细胶粉技术是一项符合国家和我省产业政策、有着广漠前景的朝阳产业。
项目针对制约常温制取精细胶粉的冷却问题和和能耗太高等瓶颈问题与FD环保公司进行联合攻关,研制新一代废旧轮胎常温制取精细胶粉的自动化成套设备,经济效益和社会效益显著。
本项目的创新的地方要紧体此刻:
(1)提出以相变传热代替传导传热的热管技术解决常温精细制取冷却这一难题。
采纳了磨盘间隙可自动调整的双磨头结构;
(2)从全局优化配置和取得高能效比的思路动身,有效解决高能耗问题。
(3)监控系统具有现场和远程监控功能,系统运行时可自动记录系统状态转变、操作进程等事件;具有生产报表、故障报警报表等壮大的报表功能,通过这些报表能够方便地治理生产,及时找出问题。
3.要达到的技术、经济指标及社会、经济效益
技术指标
每条生产线年处置废旧轮胎10000吨;磨盘间隙具有自动调剂功能,可生产40目、60目、80目、120胶粉;能耗操纵在每吨550KW之内;整条生产线噪声85dB之内;废轮胎切圈机:
最大切割轮胎直径φ1200,产量500kg/h;初碎机:
最大破碎轮胎直径φ1200,出料规格50mm⨯50mm;中碎机:
进料规格50mm⨯50mm,出料粒度6mm⨯12mm;磁选机:
此感应强度:
;细碎机:
进料粒度6mm⨯12mm,出料粒度1mm⨯4mm;气流分选机(用于纤维分离)分选效率大于95%;研磨机:
进料粒度1mm⨯4mm,出料粒度40-120目。
经济指标
一条年处置10000吨废旧轮胎成套生产线总本钱约300万元,销售价钱为500万元,可创利润及税收2000万元,其中上缴国家税收300万元。
以年产10条生产线计算,可实现年产值5000万元,利润及税收2000万元,其中上缴国家税收300万元。
社会、经济效益
如前所述,随着我国农业生产和交通运输的进展,—方面废日轮胎及各类废旧橡胶制品的存量愈来愈多,“黑色污染”正在要挟着咱们的生存环境。
另一方面,受自然条件的制约,天然橡胶产量增速缓慢,供需矛盾十分突出。
本项目既使得资源再生,知足相关行业对橡胶的需求,又排除“黑色污染”的要挟,造福子孙后代。
该领域的快速进展还能够吸引大量剩余劳动力就业,社会效益明显。
随着国家和地址政府各项环保政策、法律法规的出台,将极大地推动再生资源的开发和利用,从而必然会为新兴的胶粉市场带来庞大的商业利润。
废旧轮胎制取精细胶粉,使其再生利用,一方面能够取代新橡胶弥补国内橡胶的缺口,
同时还可为国家节约大量外汇,另外,通过降低橡胶行业的原材料本钱还能够大幅度提高企业的经济效益。
由此可见经济效益十分显著。
4.采取的方式、技术线路及工艺流程
关于以上的研究拟采纳如下方式:
关于研究内容
(1),拟采纳ANSYS有限元软件仿真分析和实验研究相结合的方式研究磨区热场的特性,通过成立热管技术换热系统的运行参数与磨盘工作区的工作温度之间的关系,确信达到换热要求的热管系统结构及运行参数。
对磨盘机的橡胶挤压粉碎机理部份,基于螺杆剪切粉碎挤出理论(SSSE),从理论上分析磨盘方式研磨橡胶的物理进程,并定性研究紧缩率、刀盘刀刃参数、结构尺寸、旋转速度等操纵参数与胶粉细度等的关系。
关于研究内容
(2),拟采纳优化技术,在保证额定生产能力前提下,以最大节能和取得最大能效比为目标,通过求解多目标优化问题,对整条生产线的能源进行优化配置,实现最大限度地节能。
关于研究内容(3),拟基于磁脉冲传热理论,确信磁脉冲参数与金属导热间的理论关系,研究最优的磁脉冲参数与胶粒尺寸、胶粒中金属温度间的关系。
给出采纳磁脉冲法去除胶粒钢丝的高效方式。
关于研究内容(4),拟采纳实验研究和数据分析相结合方式,运用现代信号分析技术和统计学习方式,成立破碎和研磨进程中各类状态的监测模型。
在取得有效评判指标的基础上设计有关操纵器,并实现对整条生产线的自动操纵。
监控系统利用先进的虚拟仪器技术和现场总线技术,将集中操纵和散布操纵相结合,模块化结构设计,具有易裁剪、易组态的特点。
能依照生产线设备种类、数量或工艺流程的改变,方便地实现操纵系统的重构。
关于研究内容(5),拟采纳实验测试为主Sysnoise噪声仿真软件分析为辅的方式成立磨机及破碎机的仿真声场,并以此分析要紧噪声源及噪声传播途径,找出对噪声辐射水平阻碍较大的构件及关键的传播途径,从而确信合理的噪声被动阻尼处置方式。
依照前面提出的研究内容和研究方式,制定的技术线路如图1所示,监控系统的流程如图2所示
图1研究方式技术线路
图2监控系统的流程图
5.项目的时期与进度
本项目在2005年7月到2007年7月两年内完成,项目各时期的目标、进度安排和完成目标的要紧方法见表1。
表1:
项目各时期的目标、进度安排和完成目标的要紧方法
时间进度
阶段的目标
完成目标的主要措施
研究磨盘机的橡胶挤压粉碎机理,在此基础上完成磨机热管散热技术初步方案的制定,并进行实验研究。
明确课题组人员分工,健全课题组周例会制度,保证这部分工作顺利完成。
能耗分析与基于能耗控制的生产线优化配置;完成基于磁脉冲的胶粒除钢丝理论及试验研究。
确保配套经费到位,保证所需的元器件按时到位。
这部分工作可和前面的工作穿插进行。
完成生产线的状态智能监测、自动报表及整条生产线的自动化控制研究。
制定整条生产线的振动与噪声综合治理方案。
部分工作可和前面的工作穿插进行。
整条生产项的制造与调试,项目总结、验收、鉴定等
充分调动课题组成员的积极性,圆满完成项目的各项指标,确保项目按时高质量地完成。
三、可行性分