Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Расчет экструдера включает в себя следующее:

- определение основных геометрических параметров шнека;

- определение производительности экструдера;

- определение производительности экструдера;

- нахождение объема загружаемого бункера;

- определение максимального давления раствора в конце шнека;

- определение эффективной вязкости расплава;

- определение мощности, потребляемой экструдером.

Шнек характеризуется следующими основными геометрическими параметрами: диаметр, длина, шаг винтовой нарезки, глубина нарезки, ширина гребня витка, величина зазора между гребнем шнека и внутренней стенкой цилиндра, угол подъема винтовой линии нарезки шнека.

Цилиндр и шнек являются основными технологическими органами экструдера, выполняют последовательно ряд рабочих операций, действия которых можно выделить в три зоны: загрузка, сжатие и дозирование.

Зона загрузки шнека составляет обычно около трети длины рабочей части шнека и составляет:

 

 ,

 

где D – диаметр шнека, равный 125 мм;

Тогда L_загр = 10 × D = 1250 мм

Длина шнека L = 3750 мм

Длина зоны сжатия зависит от свойств перерабатываемого материала и составляет:

 

 

Принимаем L_сж = 14 × D = 1750 мм.

Зона сжатия необходима для уплотнения материала, создания монолитной массы, обладающей значительно большей теплопроводностью, чем рыхлый, неуплотненный полимерный материал. Уплотненный материал образует в зоне гомогенную свободную от пустот пластифицированную массу, которая поступает в следующую зону – дозирования.

Зона дозирования предназначена для равномерного выдавливания (дозирования) пластифицированного и гомогенизированного материала в формующую головку. Поэтому в этой зон должен быть постоянный шаг и глубина нарезки.

Когда шаг нарезки t = D = 125 мм, угол подъема винтовой линии j=17,5°.

Длина зоны дозирования:

 

 

Принимаем  мм. Основное влияние на производительность экструдер оказывает именно доза дозирования. Рассчитаем производительность экструдера, используя формулу:

 

,

 

где D – диаметр шнека, равный 125 мм = 12,5см;

h_ср – глубина нарезки в начале зоны сжатия, h_ср = h₂.

Определим h_ср по формуле:

 

,

 

где h₁ – глубина спирального канала в начале зоны загрузки (под загрузочной воронкой), см;

h₃ – глубина спирального канала в зоне дозирования, см.

j - угол подъема винтовой линии (j = 17,5°);

n – частота вращения шнека (n = 50 об/мин);

Р – давление в конце шнека (Р = 15 МПа);

h_н – эффективная вязкость в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой цилиндра (h_н = 3,5×10^-4 МПа×с).

 

 см.

 

h₃ рассчитывается по формуле:

 

,

 

где i – степень уплотнения материала, принимаемая равной 2,3.

Тогда

 

 см

Значит  см

 

Подставляя найденные значения в формулу для нахождения производительности одночервячного экструдера получим:

 

см³/мин

или  кг/ч,

 

где r = 950 кг/см³ – плотность материала;

Определим объем загрузочного бункера по формуле:

 

,

 

где d₁ – диаметр сердечника (вала) шнека у загрузочной воронки, см.

t – шаг нерезки (t = D = 12,5 см);

е – ширина гребня витка шнека, см.

 

 см

Тогда  см³

 

Определение максимального давления расплава в конце шнека:

 

,

 

где L_д – длина зоны дозирования шнека (L_д = 750 мм = 75 см);

n – частота вращения шнека (n = 50 об/мин).

 

h = 18×10² Па×с.

 

От величины скорости сдвига g (в с^-1) расплава в канале шнека зависит величина эффективной вязкости расплава.

 

.

 

Зная скорость сдвига расплава и температуру переработки, определяем эффективную вязкость: Пас. Необходимая для привода шнека мощность рассчитывается по уравнению энергетического баланса экструдера

 

,

 

где Q_в – производительность экструдера, кг/ч (320 кг/ч);

с – удельная теплоемкость материала (3 кДж/(кг×К при Т = 493 К);

Т_р – температура расплава материала, К (293 К);

Т₀ – температура загружаемого материала, К (453 К).

 

Тогда  кВт

Теплоэнергетические расчеты

Тепловой баланс экструдера:

 

,

 

где Е_н – теплота, поступающая от внешних обогревателей;

Е_ш – теплота, выделяющаяся при работе шнека;

Е_м – теплота, которая уходит с нагретым материалом;

Е₀ – теплота, уносимая системой охлаждения (водой, воздухом);

Е_п – потри теплоты в окружающую среду через кожух экструдера.

Количество теплоты подводимой внешними электронагревателями (Е_н) рассчитывается по формуле:

 

 ,

 

где U – падение напряжения, В; R – сопротивление проводника, Ом.

Так как конечная температура, до которой необходимо довести расплав полимера, известна, то Е_н можно определить из уравнения теплового баланса:

 

,

 

где g_м – количество полимерного материала, перерабатываемого экструдером в единицу времени, кг/с;

с_м – средняя удельная теплоемкость полимера в интервале температур переработки, Дж/(кг×К);

t_к, t_н – конечная и начальные температуры полимера, К;

g_в – количество воды, поступающей на охлаждение шнека, кг/с;

с_в – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг×К);

t_в2, t_в1 – конечная и начальные температуры воды, К.

 

,

 

где r - плотность воды, кг/м³;

u » 0,1-0,8 - скорость течения воды, м/с;

F – площадь поперечного сечения, м².

Перепад температур t_в2 - t_в1, принимаем равным 5-10°С (или 5-10 К).

Подставляя все известные значения в соответствующие формулы получим:

 

 кВт

 м²

 кг/ч

 кВт

 

Тепловые потери Е_п корпуса экструдера рассчитываются по формуле:

 

 ,

 

где F – площадь наружной поверхности корпуса или головки, м²;

a - коэффициент теплопередачи при свободной конвекции, кВт/(м²×К), для приближенных расчетов: .

t_н – температура наружной поверхности изолирующего корпуса (t_н =50-80°С), °С;

t_с – температура окружающей среды, °С.

 

 м²

 

где d – диаметр трубки в теле шнека, м;

d_к – диаметр корпуса с изоляцией, м;

t_к = 25×D – длина корпуса, м.

 

 кВт/(м²×К)

 Вт

 

Количество внутренней теплоты трения (диссипативный нагрев), Е_т, определяют по формуле:

 

,

 

где L_н – длина напорной зоны шнека, см;

h_н – глубина нарезки спирального канала в напорной части шнека, см;

d - величина зазора между гребнем шнека и цилиндром, см;

е – ширина гребня шнека, см.

 

 кВт

 с^-1

 Па×с

Q = 35 см³/с; Р = 15МПа

 с^-1

h₂ = 1,8×10² Пас; е = 0,7 см

Е_т = 4,48 кВт; Е_п = 15,1+2,6+0,43-4,48 = 13,7 кВт

Получаем ,

4,48+13,7 = 15,1+2,6+0,43

18,18 = 18,18

 

Тепловой баланс экструдера сошелся.