تهویه، سرمایش و گرمایش در صنعت تولید نخ فیلامنت (پلی‌پروپیلن و پلی‌استر)

 یکی از جنبه‌های حیاتی در فرآیند تولید است که تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول، راندمان تولید و ایمنی محیط کار دارد. این صنعت به دلیل استفاده از فرآیندهای حرارتی مانند ذوب‌ریسی (Melt Spinning) و تکسچرایزینگ، به سیستم‌های تهویه، سرمایش و گرمایش پیشرفته‌ای نیاز دارد که بتواند شرایط محیطی و دمایی را به طور دقیق کنترل کند. در ادامه، یک متن فنی و جامع با جزئیات برای مهندسان مکانیک ارائه می‌شود که شامل نوع کاربرد، انواع تجهیزات، اندازه‌ها و ظرفیت‌های تولید است.

### **کاربرد سیستم‌های تهویه، سرمایش و گرمایش در تولید نخ فیلامنت**

در فرآیند تولید نخ فیلامنت پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌استر، سیستم‌های تهویه، سرمایش و گرمایش نقش‌های زیر را ایفا می‌کنند:

1. **کنترل دمای فرآیند ذوب‌ریسی (Melt Spinning):** 

   - در فرآیند ذوب‌ریسی، گرانول‌های پلی‌پروپیلن یا پلی‌استر در دمای بالا (180 تا 260 درجه سانتی‌گراد برای پلی‌پروپیلن و 250 تا 290 درجه سانتی‌گراد برای پلی‌استر) ذوب می‌شوند. سیستم‌های گرمایشی (مانند هیترهای برقی یا گازی) برای حفظ دمای یکنواخت در اکسترودرها و سیستم‌های سرمایشی برای خنک‌سازی فیلامنت‌های خروجی از اسپینرت (Spinneret) استفاده می‌شوند.

2. **خنک‌سازی فیلامنت‌ها:**

   - پس از خروج فیلامنت‌ها از اسپینرت، باید به سرعت خنک شوند تا ساختار پلیمری آن‌ها تثبیت شود. این کار معمولاً با استفاده از جریان هوای خنک یا حمام آب انجام می‌شود.

3. **کنترل رطوبت و دمای محیط:**

   - محیط تولید باید از نظر رطوبت و دما کنترل شود تا از تغییر خواص مکانیکی نخ (مانند استحکام کششی یا انعطاف‌پذیری) جلوگیری شود. رطوبت بالا می‌تواند باعث چسبندگی یا کاهش کیفیت نخ‌های پلی‌استر شود.

4. **حذف گازها و بخارات سمی:**

   - در فرآیند ذوب‌ریسی، بخارات و گازهای ناشی از پلیمرهای ذوب‌شده (مانند مونومرهای فرار) ممکن است آزاد شوند. سیستم‌های تهویه صنعتی با فن‌های استخراج برای حذف این گازها ضروری هستند.

5. **تهویه عمومی کارگاه:**

   - کارگاه‌های تولید نخ به دلیل حضور ماشین‌آلات سنگین و تعداد زیاد اپراتورها نیاز به تهویه مناسب دارند تا دما و کیفیت هوای محیط در محدوده استاندارد (دمای 20-25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 50-60%) حفظ شود.

### **انواع تجهیزات مورد استفاده**

تجهیزات مورد استفاده در سیستم‌های تهویه، سرمایش و گرمایش در صنعت تولید نخ فیلامنت شامل موارد زیر است:

#### 1. **سیستم‌های گرمایشی**

   - **هیترهای برقی یا گازی در اکسترودرها:**

     - این هیترها برای ذوب گرانول‌های پلی‌پروپیلن (دمای 180-220 درجه سانتی‌گراد) و پلی‌استر (دمای 250-290 درجه سانتی‌گراد) استفاده می‌شوند. توان این هیترها معمولاً بین 10 تا 50 کیلووات برای هر اکسترودر است، بسته به ظرفیت تولید.

     - مثال: هیترهای سرامیکی یا مادون قرمز با توان 20 کیلووات برای اکسترودرهای تولید 500 کیلوگرم در ساعت نخ پلی‌پروپیلن.

   - **گرمایش در فرآیند تکسچرایزینگ:**

     - در فرآیند تکسچرایزینگ، نخ‌ها تحت جریان هوای داغ (150-200 درجه سانتی‌گراد) قرار می‌گیرند تا حالت پفکی یا کریمپ به خود بگیرند. این کار با استفاده از بخاری‌های صنعتی یا سیستم‌های هوای داغ انجام می‌شود.

دریافت فایل جامع طراحی سیستم کولینگ تولید نخ poy  ذوب ریسی 

https://drive.google.com/file/d/1V8qfJdlwwDjqfka1mCWAKSZ23E3hmEr6/view?usp=sharing

#### 2. **سیستم‌های سرمایشی**

   - **چیلرهای صنعتی (Water Chillers):**

     - چیلرها برای خنک‌سازی آب مورد استفاده در حمام‌های خنک‌کننده فیلامنت‌ها به کار می‌روند. دمای آب معمولاً بین 10 تا 15 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌شود.

     - ظرفیت: چیلرهای 10 تا 50 تن تبرید برای خطوط تولید با ظرفیت 500 تا 2000 کیلوگرم در ساعت.

     - مثال: چیلر تراکمی با ظرفیت 20 تن تبرید برای خط تولید نخ پلی‌استر با خروجی 1000 کیلوگرم در ساعت.

   - **برج‌های خنک‌کننده (Cooling Towers):**

     - برای خنک‌سازی آب گردشی در فرآیندهای تولید استفاده می‌شوند. ظرفیت این برج‌ها معمولاً بین 50 تا 200 تن تبرید برای کارخانه‌های متوسط تا بزرگ است.

   - **کولرهای هوای صنعتی:**

     - برای خنک‌سازی محیط کارگاه استفاده می‌شوند، به‌ویژه در مناطقی با دمای بالا. این کولرها معمولاً از نوع تبخیری یا مکانیکی هستند و ظرفیت آن‌ها بین 5000 تا 20000 CFM (فوت مکعب در دقیقه) است.

#### 3. **سیستم‌های تهویه و فن‌ها**

   - **فن‌های اگزاست (Exhaust Fans):**

     - برای حذف بخارات و گازهای ناشی از فرآیند ذوب‌ریسی استفاده می‌شوند. این فن‌ها باید مقاوم در برابر مواد شیمیایی باشند و معمولاً از جنس استیل ضدزنگ یا پلیمرهای مقاوم ساخته می‌شوند.

     - ظرفیت: 1000 تا 5000 CFM برای هر واحد، بسته به حجم گازهای تولیدی.

   - **هواکش‌های صنعتی (Industrial Fans):**

     - برای تأمین جریان هوای خنک در فرآیند خنک‌سازی فیلامنت‌ها یا تهویه عمومی کارگاه استفاده می‌شوند. این هواکش‌ها معمولاً از نوع سانتریفیوژ یا محوری هستند.

     - ظرفیت: 2000 تا 10000 CFM برای کارگاه‌های تولید با مساحت 500 تا 2000 مترمربع.

   - **فیلترهای هوا:**

     - برای حذف ذرات معلق و گردوغبار از هوای ورودی به کارگاه استفاده می‌شوند. فیلترهای HEPA یا فیلترهای کیسه‌ای (Bag Filters) با راندمان 95-99% برای این منظور مناسب هستند.

#### 4. **سیستم‌های کنترل محیطی**

   - **سیستم‌های HVAC (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع):**

     - این سیستم‌ها برای کنترل دما و رطوبت محیط کارگاه استفاده می‌شوند. یک سیستم HVAC استاندارد برای کارگاه تولید نخ باید بتواند دمای 22-25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 50-60% را حفظ کند.

     - ظرفیت: 10 تا 50 تن تبرید برای کارگاه‌های با مساحت 1000 مترمربع.

   - **سنسورهای دما و رطوبت:**

     - برای پایش و کنترل دقیق شرایط محیطی استفاده می‌شوند. این سنسورها معمولاً به سیستم‌های PLC (کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر) متصل هستند.

### **اندازه‌ها و ظرفیت‌های تولید**

اندازه و ظرفیت تجهیزات به ظرفیت تولید کارخانه بستگی دارد. در ادامه، تخمین‌هایی برای ظرفیت‌های مختلف ارائه شده است:

- **کارخانه‌های کوچک (100-500 کیلوگرم در ساعت):**

  - هیترهای اکسترودر: 10-20 کیلووات.

  - چیلر: 10-15 تن تبرید.

  - فن‌های استخراج: 1000-2000 CFM.

  - سیستم HVAC: 5-10 تن تبرید.

- **کارخانه‌های متوسط (500-2000 کیلوگرم در ساعت):**

  - هیترهای اکسترودر: 20-50 کیلووات.

  - چیلر: 20-50 تن تبرید.

  - فن‌های استخراج: 2000-5000 CFM.

  - سیستم HVAC: 20-50 تن تبرید.

- **کارخانه‌های بزرگ (2000-5000 کیلوگرم در ساعت):**

  - هیترهای اکسترودر: 50-100 کیلووات.

  - چیلر: 50-100 تن تبرید.

  - فن‌های استخراج: 5000-10000 CFM.

  - سیستم HVAC: 50-100 تن تبرید.

### **جزئیات فنی برای مهندسان مکانیک**

- **طراحی سیستم تهویه:**

  - نرخ تعویض هوا (Air Changes per Hour - ACH): برای کارگاه‌های تولید نخ، نرخ تعویض هوا باید بین 6 تا 12 بار در ساعت باشد تا از تجمع بخارات و گرما جلوگیری شود.

  - افت فشار (Pressure Drop): در سیستم‌های تهویه، افت فشار در کانال‌ها باید کمتر از 0.5 اینچ آب (Inch of Water) باشد تا راندمان فن‌ها حفظ شود.

- **انتخاب مواد:**

  - برای فن‌ها و کانال‌های تهویه در معرض بخارات شیمیایی، از مواد مقاوم مانند استیل ضدزنگ 316 یا پلی‌پروپیلن تقویت‌شده استفاده شود.

- **بهینه‌سازی انرژی:**

  - استفاده از سیستم‌های بازیابی حرارت (Heat Recovery Systems) برای بازیافت گرمای خروجی از اکسترودرها و استفاده مجدد در فرآیند گرمایش یا پیش‌گرمایش مواد اولیه.

  - نصب اینورتر (VFD) بر روی فن‌ها و پمپ‌ها برای کاهش مصرف انرژی.

- **استانداردها:**

  - رعایت استانداردهای ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) برای طراحی سیستم‌های HVAC.

  - استاندارد ISO 14644 برای کنترل آلودگی در محیط‌های تولید نخ حساس.

### **نمونه محاسبات برای یک خط تولید**

فرض کنید یک خط تولید نخ پلی‌استر با ظرفیت 1000 کیلوگرم در ساعت دارید:

- **نیاز گرمایشی:** برای ذوب 1000 کیلوگرم پلی‌استر در دمای 260 درجه سانتی‌گراد، حدود 30-40 کیلووات توان حرارتی مورد نیاز است (با فرض راندمان 80%).

- **نیاز سرمایشی:** برای خنک‌سازی فیلامنت‌ها، یک چیلر 20 تنی با جریان آب 10 درجه سانتی‌گراد کافی است.

- **تهویه:** برای کارگاهی با مساحت 1000 مترمربع و ارتفاع 5 متر (حجم 5000 مترمکعب)، با نرخ تعویض هوای 8 بار در ساعت، به فن‌هایی با ظرفیت کل 40000 مترمکعب در ساعت (تقریباً 23500 CFM) نیاز است.

# مشخصات فنی سیستم‌های تهویه و سرمایش در تولید نخ فیلامنت

## سیستم‌های گرمایشی

- **هیترهای اکسترودر:**

  - نوع: هیترهای برقی سرامیکی یا مادون قرمز

  - توان: 10-100 کیلووات (بسته به ظرفیت تولید 100-5000 کیلوگرم در ساعت)

  - دما: 180-220°C برای پلی‌پروپیلن، 250-290°C برای پلی‌استر

- **گرمایش تکسچرایزینگ:**

  - نوع: سیستم هوای داغ

  - دما: 150-200°C

  - توان: 5-20 کیلووات

## سیستم‌های سرمایشی

- **چیلرهای صنعتی:**

  - نوع: تراکمی یا جذبی

  - ظرفیت: 10-100 تن تبرید

  - دمای آب خروجی: 10-15°C

- **برج‌های خنک‌کننده:**

  - ظرفیت: 50-200 تن تبرید

  - جریان آب: 100-500 مترمکعب در ساعت

## سیستم‌های تهویه

- **فن‌های استخراج:**

  - نوع: سانتریفیوژ یا محوری

  - ظرفیت: 1000-10000 CFM

  - جنس: استیل ضدزنگ 316 یا پلی‌پروپیلن تقویت‌شده

- **هواکش‌های صنعتی:**

  - ظرفیت: 2000-10000 CFM

  - نرخ تعویض هوا: 6-12 بار در ساعت

- **فیلترهای هوا:**

  - نوع: HEPA یا کیسه‌ای

  - راندمان: 95-99%

## سیستم‌های کنترل محیطی

- **HVAC:**

  - ظرفیت: 10-100 تن تبرید

  - دما: 22-25°C

  - رطوبت نسبی: 50-60%

- **سنسورها:**

  - نوع: دما و رطوبت متصل به PLC

  - دقت: ±0.5°C برای دما، ±2% برای رطوبت

## محاسبات نمونه (برای ظرفیت 1000 کیلوگرم در ساعت)

- **نیاز گرمایشی:** 30-40 کیلووات

- **نیاز سرمایشی:** چیلر 20 تنی

- **تهویه:** 23500 CFM (40000 مترمکعب در ساعت)

### **منابع**

- اطلاعات فنی از استانداردهای ASHRAE و ISO 14644