Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Декабря 2012 в 11:51, курсовая работа
Экструзией называется технологический процесс выдавливания жгутов перерабатываемой массы через формующие отверстия матрицы.
Целью контрольно - курсовой работы является изучение процессов формования на примере экструдера, анализ и расчёт оборудования для него.
Задачи контрольно - курсовой работы: рассмотреть виды экструдеров, их схемы, основные характеристики, принцип их действия, выявить преимущества и недостатки, описать и рассчитать эктрудер.
Введение…………………………………………………………………………...3
I.Изучение, описание и анализ механических процессов на примере прессования………………………………………………………………………..4
II. Классификация оборудования для прессования……………………………15
III.Описание и расчет многопозиционного пресса для таблетирования……..18
Заключение……………………………………………………………………….33
Список литературы………………………………………………………………34
Фильеры матриц состоят, как правило, из цилиндрических формующих каналов и входных полостей переменного сечения, служащих для облегчения входа в формующий канал прессуемого материала. Через фильеры матрицы осуществляется формование и выход продукции под высоким давлением в виде непрерывного «жгута». Конфигурация фильер определяет ширину изделия и весьма разнообразна: шарики, палочки, звездочки, колечки и др.
Существует различная компоновка привода для (одно и двухшнековых) экструзионных машин. В одних используется осевой принцип, т. е. привод и экструзионная камера со шнеками располагаются в линию на общей плоскости опорной рамы, в других двигатель с редуктором или без него располагается в нижней части станины. В этом случае нагрузка от двигателя передается на валы с помощью ременной или цепной передачи. Такое расположение привода обеспечивает более устойчивую конструкцию, но она не всегда возможна.
Несмотря на существенные различия в конструкциях, шнековые экструдеры могут быть классифицированы по общим для этих машин принципиальным признакам - термическим характеристикам со следующими типами: автогенные, политропные и изотермические.[2]
Автогенные экструдеры - это машины, в которых тепло, необходимое для термической обработки растительного сырья, генерируется непосредственно в камере экструдера только за счет диссипации механической энергии. Специальные конструкции узлов рабочих органов (шнеки, камера, фильеры) создают сопротивление движению перемещаемого материала, что обеспечивает повышение температуры процесса до 120 -200 °С. Такой принцип разогрева используется, как правило, в одношнековых экструдерах.
В политропных экструдерах процесс термической обработки материала осуществляется как за счет внутреннего разогрева массы, так и с помощью внешних источников тепла. Большинство экструдеров для варочной экструзии, являются политропными. Внутренний разогрев осуществляется за счет конструкции шнеков. Существует три метода внешнего нагрева экструдера: электрический, жидкостной и паровой.
Изотермические экструдеры ограничиваются спецификой их применения: они предназначены для формования макаронных изделий и хлебного теста. В них тепло контролируется за счет охлаждения внешним теплообменником.[3]
Экструдер ШВФ-22 (рис.5) предназначен для выдавливания конфетной массы при производстве пралиновых конфет.[3]
Рис.5. Экструдер ШВФ-22
Он имеет в предматричной камере перегородки, образующие секции у каждого выходного отверстия. Это выравнивает скорости у выдавливаемых жгутов. Бункер 1 укреплен на корпусе питателя 2 с расположенными в нем рифлеными валками 3. В корпусе нагнетателя 4 вращаются нагнетающие шестеренные роторы 5, выполненные из набора шестерен. Предматричная камера 7 имеет вертикальные формующие каналы 8. В нижней части корпуса нагнетателя и предматричной камеры имеются вертикальные перегородки 6, которые делят корпус и камеру на отдельные секции.
Бункер, корпус нагнетателя и нагнетатель, а также предматричная камера имеют рубашки для обогрева.
Конфетная масса вытягивается из бункера рифлеными валками 3 и равномерно подается по всей длине шестеренных роторов 5. Они нагнетают массу в предматричную камеру 7 и из нее через формующие каналы 8 выдавливаются жгуты 9 пралиновой массы.
Техническая характеристика экструдера ШВФ-22 приведена в табл.2
Таблица.2 Техническая характеристика экструдеров
Показатель |
МФБ-1 |
ШФК |
ШВФ-22 |
Производительность, кг/ч |
325 |
150...310 |
1000 |
Число отверстий в матрице |
5 |
6 |
22 |
Потребная мощность, кВт |
1,7 |
2,8 |
2,8 |
Габаритные размеры, мм |
1250x845x1640 |
1365x775x2100 |
1000x1160x2980 |
Масса, кг |
410 |
955 |
1220 |
Расчет производительности экструдера
Определяющее влияние на производительность машины оказывает дозирующая зона червяка. Производительность дозирующей зоны сильно зависит от геометрических параметров самого червяка. Производительность же экструдера в целом зависит не только от геометрических размеров шнека и числа оборотов, но и в значительной степени – от конструкции формующей головки.
На основе гидродинамического
подхода к анализу
Подобное разделение на три потока в канале шнека следует считать условным, так как противотока практически не существует, а имеет место некоторое ограничение прямого потока, возникающее в результате сопротивления головки.[5]
Объемная производительность экструдера, м3/с:
где |
– |
коэффициент геометрической формы канала головки, м3; | |
– |
частота вращения червяка, с-1; | ||
– |
константа прямого потока, м3; | ||
– |
константа обратного потока, м3; | ||
– |
константа потока утечек, м3. |
Константы прямого, обратного потока и потока утечек для зоны дозирования червяка с постоянными геометрическими размерами, м3:
где |
– |
шаг винта, м; | |
– |
глубина винтового канала (нарезки), м; | ||
– |
число заходов винтовой нарезки; | ||
– |
толщина гребня, м; | ||
– |
угол винтовой нарезки; | ||
– |
радиальный зазор между гребнем червяка и рабочим цилиндром, м; | ||
– |
диаметр гребня, м; | ||
– |
длина зоны нагнетания (зоны дозирования), м; |
При плотности материала ρ = 1380 кг/м3 объемная производительность экструдера, кг/ч:
При массе изделия m = 0,126 кг/п.м производительность экструдера, п.м./ч:
Расчет мощности привода экструдера.
Мощность привода, потребляемая в зоне загрузки, расходуется на преодоление сил трения при движении пробки материала, значение её не велико (около 10% от суммарной потребляемой мощности) и им можно пренебречь. Исключение составляют червячные машины с продольными канавками на внутренней поверхности цилиндра в зоне загрузки. В этом случае потребляемая на продвижение пробки гранул мощность в 2-5 раз больше, чем в машинах с гладким цилиндром.
В зоне плавления мощность
затрачивается на преодоление сопротивления
движению пробки в тонком слое расплава
вблизи стенки цилиндра, а также
на преодоление сил трения пробки
о сердечник червяка и витки
нарезки. Следует отметить, что по
длине зоны плавления происходит
изменение состояния
Мощность, затрачиваемая в зоне дозирования, определяется суммой мощностей расходуемых на принудительное проталкивание массы по винтовому каналу червяка N1; на срез материала в зазоре между вершиной витка нарезки и стенкой цилиндра N2; на создание циркуляционного потока в витках нарезки червяка N3.[5]
Мощность привода, потребляемая
в зоне дозирования с постоянными
геометрическими размерами
где |
– |
диаметр гребня, м; | |
– |
длина зоны нагнетания (зоны дозирования), м; | ||
– |
глубина винтового канала (нарезки), м; | ||
– |
угол винтовой нарезки; | ||
– |
частота вращения червяка, с-1; | ||
– |
эффективная вязкость материала в винтовом канале, кг∙с/м2; | ||
– |
эффективная вязкость материала в зазоре между гребнем нарезки червяка и цилиндром, кг∙с/м2; | ||
– |
перепад давления в экструзионной головке, кг/м2; |
Значением мощности N3 (на создание циркуляционного потока) в виду ее малости можно пренебречь.
Общая (технологическая) мощность, затрачиваемая на продвижение материала в цилиндре червячной машины, Вт:
Величины эффективной вязкости µ1 и µ2 для различных перерабатываемых материалов определяются по реологическим кривым в зависимости от скоростей сдвига и температуры (µ = f(T,S)).
Скорость сдвига в винтовом канале червяка, с-1:
где |
– |
диаметр гребня, м; | |
– |
глубина винтового канала (нарезки), м; | ||
– |
частота вращения червяка, с-1; | ||
– |
шаг винта, м; |
Скорость сдвига в зазоре
между гребнем нарезки и
Эффективная вязкость непластифицированного ПВХ (определяются по реологическим кривым):
Перепад давления в экструзионной головке, кг/м2:
где – перепад давления на i-том участке канала экструзионной головки, кг/м2.
Падение давления на i-том участке канала экструзионной головки, кг/м2:
где |
– |
объемная производительность экструдера, м3/с; | |
– |
эффективная вязкость (реологический фактор), кг∙с/м2. | ||
– |
коэффициент геометрической формы i-того участка канала, м3: |
Величины эффективной вязкости µi определяются по реологическим кривым в зависимости от скоростей сдвига и температуры (µ = f(T,S)).
Скорость сдвига при движении материала через цилиндрический участок канала, с-1:
где |
– |
объемная производительность экструдера, м3/с; | |
– |
диаметр канала, м; |
Скорость сдвига при движении материала через конический участок канала, с-1:
где |
– |
объемная производительность экструдера, м3/с; | |
– |
наибольший диаметр канала, м; | ||
– |
наименьший диаметр канала, м; |