طرح توجیهی توليد مخازن پلی اتیلنی

محصول مورد بررسی در این گزارش مخازن ساخته شده از پلی اتیلن است. مخازن پلی اتیلنی عمدتا در ابعاد ٣٠٠ تا ١٠٠٠٠ لیتر در اشکال مختلف نظیر استوانه ای به صورت های خوابیده (Horizontal) و ایستاده (Vertical) و نیز مخروطی تولید می شوند. این مخازن در بعضی موارد به صورت دوجداره نیز تولید می گردند.

این مخازن عمدتا از پلی اتیلن سنگین (HDPE) و بعضا از پلی اتیلن شبکه ای (XLPE) ساخته می شوند. از جمله ویژگیهای این نوع مخازن می توان به موارد زیر اشاره نمود :

1. مقاومت خوب در برابر اسید ها، بازها و مواد خورنده
2. مقاومت خوب در برابر ضربه
3. انتقال حرارت نسبتا پایین
4. قابلیت حمل و نقل آسان
5. قابلیت تولید در اشکال و ابعاد مختلف
6. قابلیت رنگ پذیری
7. مقاومت بالا در برابر ترک خوردگی و نشت
8. خواص ضدخوردگی حتی در دماهای بالا
9. نصب سریع، آسان و کم هزینه

به طور کلی مخازن پلی اتیلنی در مقایسه با مخازن بتی و فایبرگلاس مقاومت بیشتری در برابر نشتی و ترک خوردگی دارند. بستر نشیمن مخازن ایستاده می بایست کاملا صاف و عاری از هرگونه ذره ای که سبب تمرکز تنش می شود، باشد. معمولا حجم مخازن ایستاده بیشتر از حجم مخازن خوابیده است.

مخازن پلی اتیلنی که به صورت مخروطی شکل تولید می شوند، نسبت به دو نوع ایستاده و خوابیده معمولا حجم کمتری دارند. در ادامه مشخصات و ابعاد مخازن تولیدی یکی از شرکت های فعال در این زمینه، به عنوان نمونه ارائه شده است.

مشخصات مخازن ایستاده پلی اتیلنی

مخازن خوایبده عمدتا با درب های پیچی و رینگی در ابعادی کوچکتر از مخازن ایستاده (حداکثر ۵٠٠٠ لیتر) تولید می شود. شکل و مشخصات این مخازن به عنوان نمونه در ادامه ارائه شده است.

مشخصات مخازن خوابیده پلی اتیلنی

مخازن پلی اتیلنی در بعضی موارد به صورت روباز نیز تولید می گردند. كد آيسيک اين محصول ٢٥٢٠١٣٦٢ می باشد.

شماره تعرفه گمركی
واردات و صادرات اين محصولات از طريق تعرفه گمركی 3925/10 تحت عنوان مخزن، انباره و خمره از مواد پلاستيكی انجام می گيرد.

شرايط واردات
حقوق پايه طبق ماده (٢) قانون اصلاح موادی از قانون برنامه سوم توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ايران، شامل حقوق گمركی، ماليات، حق ثبت سفارش كالا، انواع عوارض و ساير وجوه دريافتی از كالاهای وارداتی می باشد و معادل ٤% ارزش گمركی كالاها تعيين می شود.

به مجموع اين دريافتی و سود بازرگانی كه طبق قوانين مربوطه توسط هيات وزيران تعيين می شود، حقوق ورودی اطلاق می شود. حقوق ورودی برای مخازن پلی اتيلنی ٣٠% می باشد.

بررسی و ارائه استاندارد

استانداردهای بين المللی
اسامی برخی از استانداردهای بين المللی موجود برای مخازن پلی اتيلنی در زير ارائه شده است :

• ويژگيهای مخازن پلی اتيلنی : ١٩٩٨ ASTM  و  ٣٢٩٩ ASTM
• تست ها و روش های آزمون مخازن پلاستيكی : ASTM WK١٤٤١٠
• ويژگی مخازن آب پلاستيكی : 95-ASTM D4097
• مشخصات و ويژگيهای این نوع مخازن : ١٢٥٧٣ BS EN
• روش های آزمون مخازن پلاستيكی با حجم كم : ٥ .٤٤٩٤:٨٧ BSI
• مشخصات و روشهای آزمون مخازن پلی اتيلنی مورد استفاده در نگهداری مايعات خورنده : ١٥١٥٥ DIN و ١٦٩٦١ DIN  و ١٦٨٣٣ DIN

استانداردهای ملی
استانداردهای ملی تدوين شده در موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ايران برای مخازن پلی اتيلنی در زير ارائه شده است :

• اندازه های مخازن پلاستيكی جهت نگهداری فراورده های نفتی : ٤٠٥٦ – ISIRI
• ويژگيهای مخازن ذخيره آب : ٧٨٦٠ – ISIR
• مخازن سوخت ثابت خودرو : ٧٠٣٨ – ISIRI

موارد کاربرد مخازن پلی اتیلنی

همانطور که ذکر شد، مخازن پلی اتیلنی در شکل ها و ابعاد گوناگون تولید می گردند و بسته به مشخصات و ابعاد در صنایع مختلفی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله موارد کاربرد آنها می توان به انواع مخازن نگهداری مواد شیمیایی (انواع اسیدها و بازها و مواد خورنده)، مخازن مورد استفاده در صنعت کشاورزی، مخازن نگهداری آب و … اشاره نمود.

این مخازن می توانند در سطح زمین و یا در زیر آن (Under ground) مورد استفاده قرار گیرند. شایان ذکر است در صورتیکه مخزن در معرض تابش اشعه خورشید باشد، لازم است در ترکیب کامپاند آن از پایدارکننده های UV استفاده شود.

1. صنایع کشاورزی
این نوع مخازن در صنایع کشاورزی به عنوان مخازن نگهداری انواع کودهای مایع و بعضا جامد مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین مخازن در ابعاد کوچکتر جهت مخزن قابل حمل ماشین های کود پاش و سم پاش نیز مورد استفاده قرار می گیرد. مخازن پلی اتیلن مخروطی شکل نیز به عنوان مخزن خوراک دهنده دستگاه های کود پاشی کوچک و نیز مخازن ذخیره کودهای شیمیایی مایع مورد استفاده قرار می گیرد.

2. نگهداری آب و مواد شیمیایی
از آنجا که میل ترکیبی پلی اتیلن با اکثر مواد شیمیایی بسیار کم است و نیز در برابر اسیدها و بازها مقاوم است، در صنایع مختلف جهت نگهداری انواع مواد شیمیایی خورنده، اسید ها و بازها نظیر اسید سولفوریک، سود، هیپوکلریت سدیم و اسید هیدروکلریک از مخازن پلی اتیلنی استفاده می شود.

شایان ذکر است که جهت طراحی مخزن و تعیین ابعاد و ضخامت آن چگالی ماده شیمیایی می بایست مدنظر قرار گیرد. مخازن پلی اتیلنی جهت انتقال و جابجایی انواع مایعات شیمیایی، رنگها، پوشش ها و چسب ها نیز مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین برای نگهداری و حمل مواد شیمیایی پودری نیز از این مخازن استفاده می شود.

مخازن پلی اتیلنی جهت نگهداری و حمل آب از جمله آب آشامیدنی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. شایان ذکر است مخازنی که جهت نگهداری آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند، می بایست استانداردهای موجود در این زمینه را رعایت کنند و حداقل مواد افزودنی را دارا باشند.

3. صنایع غذایی
مخازن پلی اتیلنی با رعایت استاندارها تدوین شده در نگهداری مواد غذایی جهت ذخیره سازی انواع محصولات خوراکی مایع نظیر سرکه، آبلیمو و نیز انواع ترشیجات و مواد لبنی و … نیز کاربرد دارند. و در ابعاد کوچک در کارخانه جات تولید کمپوت، آبمیوه سازی نیز به عنوان مخازن نگهداری انواع مواد غذایی در مدت زمان کوتاه مورد استفاده قرار می گیرند.

بررسی کالاهای جایگزین 

از جمله کالاهای جایگزین این مخازن در بعضی از موارد کاربرد می توان به مخازن بتونی، مخازن فلزی و فایبرگلاس اشاره نمود. در مواردی که مخزن در تماس با مواد شیمیایی به خصوص اسیدها و بازها قرار دارد، می بایست از مخازن فلزی که سطح داخلی آنها پوشش داده شده است، استفاده نمود که سبب افزایش قیمت تمام شده می شود. لذا در این زمینه مخازن پلی اتیلنی ارجحیت دارند.

همچنین حمل و نقل و نصب مخازن پلی اتیلنی در مقایسه با مخازن فلزی و بتونی آسان تر است و هزینه کمتری را در بر می گیرد. اما در بعضی موارد که استحکام بالا، حجم زیاد و تحمل بار و فشار مد نظر است. مخازن بتونی و فولادی مورد استفاده قرار می گیرند.

کشورهای عمده تولیدکننده و مصرف کننده

از جمله مهمترین کشورهای تولید کننده این محصول در جهان می توان فرانسه، آمریکا، انگلیس، ایتالیا و چین را نام برد. از آنجا که مخازن پلی اتیلنی حجیم هستند، تبادلات جهانی آنها جز در موارد بسیار رونق چندانی ندارد و عمدتا به صورت بومی تولید و مصرف می شود.

روش های مختلف تولید مخازن پلی اتیلنی

روتیشنال مولدینگ، روتومولدینگ یا قالبگیری دورانی، یک روش مناسب و مفید برای تولید قطعات پلاستیکی در ابعاد و اندازه های بزرگ است. روتومولدینگ یک فرایند ۴ مرحله ای شامل بارگیری (ریختن مواد در قالب)، گرمسازی، خنک سازی و تخلیه قالب است.

1. مرحله اول شامل پر کردن قالب یا همان Charjng می باشد که قالب که طی این مرحله که به صورت محصول نهایی طراحی شده باز می شود و مقدار معینی از ماده پلیمری مورد نظر به صورت پودر یا مایع در نیمه پایینی قالب ریخته می شود.
2. مرحله دوم شامل حرارت دهی یا Heating می باشد که پس از آن که قالب بسته می شود ماشین شروع به کار می کند و قالب در داخل کوره حول دو محور عمود بر هم می چرخد. با این کار انتقال حرارت باعث ذوب شدن پودر داخل قالب می شود و سطح داخلی قالب به وسیله آن به طور یکنواخت پوشیده می شود.
3. مرحله سوم که همان مرحله سرد کردن یا Cooling می باشد و در این مرحله قالب را در همان حالت چرخش، وارد ایستگاه خنک کننده می کنند و قطعه نهایی با سرد شدن قالب که به وسیله جریان هوا یا پاشش آب این کار انجام می شود و پلیمر درون آن را نیز سرد می کند شکل می گیرد.
4. تخلیه محصول یا demolding که مرحله چهارم از فرایند تولید می باشد تحویل محصول می باشد که با ایستادن ماشین از حرکت ، باز کردن نیمه قالب از درون آن قطعه نهایی خارج می شود.

به طور کلی قالبگیری چرخشی فرایندی است که برای تولید اشکال میان تهی، یکپارچه در همه اندازه های و اشکال استفاده می شود. غالبا برای شکل دهی ترموپلاستها استفاده می شود، ولی در سالهای اخیر برای پلی اتیلن شبکه ای و در برخی ترموستها نیز استفاده می شود.

در این روش شکل دهی قطعه فشارهای بالای تزریق، سرعت های برشی بالا را متحمل نمی شود. برخی مزایای این فرایند عبارتند از: قیمت مناسب ماشین آلات، ارتباط محدود بخشهای مختلف دستگاه، تولید قطعات و محصولات چند رنگ، قیمت پایین ابزار آلات، استهلاک پایین دستگاه و …

فرایند شکل دهی :
اساس این نوع فرایند ساده است. پلیمرها به صورت ذرات ریز جامد یا مایع در قالب جاسازی میشود. قالب ضمن چرخش در جهات مختلف گرما داده می شود. در مرحله اول حرارت دهی لایه اول پلیمر پودری روی سطح قالب ضمن چرخش می نشیند. این مذابها به تدریج روی سطح قالب نشسته تا به یک لایه همگن با ضخامت مورد نظر برسند.

ماشین آلات :
ماشینهایی با یک بازوی rotocast شامل آون و چمبرهای سرمایش هستند و اغلب برای دستگاه های آزمایشگاهی استفاده می شوند. اکثر ماشین آلات این فرایند دارای ٣ بازوی هستند که در سه جایگاه قرار دارند. بارگیری، آون و سرمایش. این ماشین آلات قابلیت تولید تانکهایی با ظرفیتهای gal ۵٠٠٠ را دارند که در سالهای اخیر به gal ٢٢۵٠٠ افزایش داده شده است.

کنترل فرایند :
اکثر ماشینهای قالبگیری چرخشی توسط ریزپردازنده های قابل برنامه ریزی کنترل می شوند. داده های مختلف توسط این کنترل کننده ها ثبت می شوند. این داده ها برای سیستم های گرمایشی شامل زمان چرخه، دمای آون، سرعتهای جهت دار major و minor، زمان بازگشت چرخش و کنترل تعدیل (damper control) می باشد. داده های سیستم های سرمایش شامل پنکه، اسپری آب و زمانهای خاموش و روشن می باشد.

قالبها :
در مقایسه با قالبهای فرایندهای تزریق و قالبگیری دمشی این قالبها ارزانتر می باشند و عمدتا از جنس آلومینیوم و با اندازه های مختلف ساخته می شوند. قالبهای تجربی برای قطعات prototype از اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه ساخته می شوند.

تجهیزات اصلی لازم برای تولید مخازن پلی اتیلنی

تجهیزات اصلی واحد تولید مخزن به روش قالبگیری دورانی شامل قیف خوراک دهنده، اکسترودر، قالبها و … می باشد.

مواد اولیه لازم برای تولید مخازن پلی اتیلنی و محل تامین

ماده اولیه اصلی مورد نیاز واحد پلی اتیلن سنگین (HDPE) است که از منابع داخلی قابل تامین می باشد. علاوه بر پلی اتیلن سنگین مواد افزودنی نظیر مواد پایدار کننده UV و بعضا پیگمنت های رنگی به میزان بسیار کم در واحد مصرف می گردد.