Получение плоских пленок с охлаждением

 

Полимерный материал можно рекомендовать для изготовления тары, если его физико-механические показатели после проведения испытаний на химическую стойкость изменяются не более чем на20%.

 

 

 

1.6. Расчетная часть

1.6.1. Расчет производительности  экструдера

Для расчета производительности экструдера ЧП 63 х 30, принимаем следующие значения:

Dч  - диаметр червяка 6,3 см;

Hср   - средняя глубина  нарезки червяка 0,7 см;

φ      - угол наклона винтовой линии червяка 17 0;

n – число оборотов  червяка 102 об/мин;

Lн – длина дозирующей  зоны 10 Dч ;

p – давление в головке 15,0 МПа;

δ – плотность расплава в дозирующей зоне при температуре 1700С

780 кг/м3;

ηк - эффективная вязкость расплава в дозирующих зонах при температуре переработки. 1*10-2

Для расчета производительности используем формулу:

 

Q= (Π2D2h*Sinφ Cosφ )/2*n – (Π D h3Sin2φ/ 12 ∟D) * ρ/ηk

 

Q= (3,142*6,32*0,7*Sin17Cos17)/2*102-3,14*6,3*0,73*Sin217/12*30*6,3)*

 

*(15*60/1*10-2)= 3933.12 см3/мин

Qв= 3933.12 *60*780/106= 184 кг/час

 

 

1.6.2. Расчет теплопотерь  червячного пресса

Конструкция червячного пресса 63 х 30 позволяет наиболее рационально использовать отечественных нагревателей.

Для определения общей мощности нагревающих элементов рассчитывают полные расходы тепла (Qн) из выражения:          Qн = Qк/η ,

где Qк – количество тепла, что поступает к полимеру кДж/ч;

η - коэффициент полезного действия нагревающих элементов, который равняется 0,35 и зависит от конструкции нагревателей и выбранного типа изоляции.

Так, как температура расплава полимера перед формирующей головкой составляет 473 0 то Qк – можно определить из теплового баланса:

Qк=Qи+Qзатр+ Qq +QN

где Qи – идеальное количество тепла, необходимая для получения расплава:

Qи = Gт х Ст х (Тк-Тн)

где  Gт  - количество полимерного материала, которое переделывается на червячном прессе за единицу времени (100 кг/ч);

Ст – теплоемкость полимера (3 кДж/кг К)

Тк – температура полимера на выходе из червяка, 473 К;

Тн  - температура полимера на входе в загрузочную зону, 293 К.

Qн = Gт Ст (Тк-Тн) = 100 х 3 х (473-293)=54000 кДж/ч.

 

Потери тепла Qпот корпуса червячного пресса определяют по выражению:

Qпот = F х   (Т кор.-Т в)= 3,14 х 17,5 х 40= 2088 кДж/ч.,

где F - коэффициент поверхности корпуса червячного пресса (3,14 м ) коэффициент теплоотдачи при свободной конвенции от поверхности цилиндру к воздуху (17,5 ВТ/м К) ;

Т кор. -  температура внешней поверхности изолированного корпуса,     333 К ;

Т в – температура окружающей среды, 295 К;

Qq - количество энергии, которая идет на победу сопротивления и формирования изделия в головке, составляет 5-7% от Qн  и равняется 7140 кДж/ч.

Тепловыделение в червячной зоне за счет превращения механической энергии  в тепловую (Q м) определяют из выражения :

QN= 860 х N чер.= 860 х Nдв.х ηдв. х ηр. х ηтр. = 860 х 55 х 0,48 х 0,88 х 3,7=73924 кДж/ч., где

N – мощность двигателя, 55 кВт;

ηдв    - КПД електродвигателя,0,48;

ηр      - КПД редуктора, 0,88;

ηтр      - КПД  тиристорных преобразователей, 3,7.

 

После подстановки численных значений в уравнение

  Qк=Qи+Qпот+Qg  + QN,

получаем: Qк = 54000+2080+7140+73924 = 137144 кДж/ч.

 

Общую мощность нагревателей червячного пресса  рассчитывают из формулы :

Qн = Qк/η     = 137144 / 0,35 = 39184 кДж/ч.

 

Мощность нагревателя (Wн) определяют с помощью выражения:

Wн= Qн /4,2

Wн=39184 /4,2=9329Вт=9 кВт

 

 

 

1.6.3. Определение  расходов энергии в одношнековом  экструдере

 

Необходимо учитывать количество потраченной энергии на производство одной тона полиэтиленовой пленки. При установленном режиме экструзии величина потраченной энергии есть величина стала. Контроль ведется по потраченной энергии. Мощность, которая тратит экструдером (N), тратится на перемещение массы полимера вдоль канала к формирующей головке. Необходимая мощность для вращения шнека может быть высчитана [8] из уравнения энергетического баланса экструдера: 

 

N=32 х 10-5 х Ов х С (Тр  –То), где

 

Ов- производительность экструдера,  82 кг/час  ;

С  - удельная теплоемкость, ПЕВЩ, Дж/кг х К (3);

Тр - температура расплава, 2200;

Т0 - температура загруженного сырья, 200;

 

N = 32 х 10-5 х 184 х 3 (220-20)= 17,66 кВт

 

При выборе электродвигателя для червячного пресса необходимо учитывать КПД двигателя 0,5.

 

Nдв=	N	;	Nдв =	17,66	= 35 кВт;
	0,5			0,5

 

 

 

 

 

1.6.4. Расчет сопротивления экструзийной головки

 

Исходными данными для расчета головок являются термофизические и реологические характеристики переделывающего полимерного материала и производительность, в данном случае D ср = 184 кг/г.

Находим сопротивление экструзийной головкиа:

 

Vω / Q = 2(1/m + 2)/ Π * Dср *  δ2

   

m – индекс расплава =0,7

 

          Vω / Q = 2(1/0,7 + 2)/ 3,14 *184 * 0,012   = 136 МПа      

 

 

Степень продольной вытяжки пленки находим по формуле:

 

Здесь  Uп — скорость приема  пленки,  м/мин;   U3 — скорость зкструзии  из зазора, м/мин:

Где: Q — производительность зкструдера, кг/ч; Dд — диаметр дорна, м;        δк — ширина зазора, м; рр — плотность расплава при температуре выдавливания, кг/м3.

Ue= 184/ 60 * 3,14 *3 * 0,0013 * 780 = 0,32 м/мин

    ίn= 0,35 * 60/ 0,32 = 65,62

 

Литература

1. Гуль В.Е., Акунин М.С. “Основы переработки пластмасс”, М.: Химия, 1985. – 400 с.
2. Калинчев Е.Л., Саковчева М.Б. “Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий” справочное издание, Л., Химия, 1987, - 416 с.
3. Носакевич И.М. Пахаренко В.А. “Химические процессы при переработке термопластов”, Харьков, высшая школа, 1981, - 152 с.
4. Суберляк О.В., Баштанник П.І. “Технология формирования изделий из пластмасс”, часть 2, “Технология формирования погонажных изделий”Киев, институт системных исследований образования, 1996 – 84 с.
5. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Любартович В.А. “Расчет и конструирование оборудование для производства и переработки полимерных материалов”, Химия, 1986, - 488 с.
6. Лукач Ю.Е., Петухов А.Д, Сенатос В.А., “Оборудование для производства полимерных пленок”, Москва, машиностроение, 1981, - 224с.
7. Полиолефины, каталог, Ленинград, ОНПО “Пластполимер”, 1990, - 35 с.
8. Химия и, технология полимерных плёночных материалов и искуственной кожи : Учеб. для вузов. В двух частях. Часть вторая. Андрианова Г.П., Полякова К.А., Фильчукова П.С., Матвеев Ю.С. - 2-е изд. - М.: Легпромиздат, 1990. - 384с. 6 ил.
9. Полимерная тара и упаковка. Под ред. С.В. Генеля; М. : Химия, 1980. - 272 с.
10. Швецов Г.А., Алимова Д.У., Барышникова М.Д. Технология переработки    пластических масс: учебник для техникумов.  - М.: Химия, 1988. -512с. : ил.
11. Переработка пластмасс. Справочное пособие (Под ред. В.А.                                  Брагинского. - Л.:Химия, 1985.-296с.
12. Полиэтилен высокого давления. Научно-технические основы промышленного синтеза. (А.В.Поляков, Ф.И.Дунтов,А.Э. Софиев и др.) - Л. :       Химия, 1988. - 200с.
13. С.А.Рейтлингер. Приницаемость полимерных материалов. - М. : Химия,           1974 г. - 272с:ил.
14. Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс : справочник. - Л. : Химия, 1985. - 448с.
15. Липатов Ю.С., Пахаренко В.А. и др. Теплофизические и реологические характеристики полимеров. Справочник. - К. : Наукова думка, 1977. - -244с. П.Бобков А.С., Блинов А.А., Николаева Т.Г.