Повышение качества полиэтиленовых газопроводных труб (стр. 9 из 14)
где mo - чистая масса готовой продукции из пластмасса (без арматуры);
mто - масса технологических отходов;
mтп - масса технологических потерь.
Технологические отходы представляют собой остатки исходного сырья (смолы, пластмассы), некондиционные изделия, литники, грот и т.д., образовавшиеся в процессе производства продукции и частичного или полностью утратившие свое качество.
В зависимости от способа переработки и от вида готовой продукции норма расхода сырья может быть выражена в граммах на одну штуку, килограммах на тысячу штук изделий (литье под давлением, горячее прессование, выдувное формование); в килограммах на один noгонный метр или на тысячу погонных метров, в килограммах на одну тонну (экструзия листов, труб); в килограммах на один квадратный метр или на тысячу квадратных метров (экструзия пленок) и т.д.
Норма расхода сырья на производство единицы продукции из пластмасс рассчитывается по следующей формуле:
Hp =Кр × mo ,
где Кр - нормативно составляющие расходного коэффициента по стадиям технологического процесса;
Нр - количество стадий технологического процесса.
Нормативные коэффициенты и их структурные составляющие определяются в безразмерных величинах [22].
Определение расходных норм при производстве труб.
Определить нормы расхода полиэтилена на производство труб размером 110 x 6,3 на 1п.м.(в кг), получаемых экструзионным способом. Определяем массу трубы, исходя из плотности полиэтилена, равной 952 кг/м3 (0,952 г/см3). Фактическая масса 1п.м.трубы , кг равна 2,09 кг.
Определяем нормативные расходные коэффициенты:
К1= 0,0035 (невозвратные потери, кг)
К2= 0,0045 (неиспользуемые отходы, кг)
К3 = 0,035 (используемые отходы, кг)
К4 = 0,022 (содержание КОС, кг)
К5 = 0,002 (потери при подготовке, кг).
Суммарный расходный коэффициент равен:
К = К1 + К2 + К3 + К4 + К5 = 1,067
Норма расхода полиэтилена составляет: Нр = К × mo
Размер труб: 110 x 6,0
Норма расхода ПЭ (кг)
Нр = 1,067 • 2,09 = 2,23
Расходные нормы сырья при производстве труб приведена в табл.5
Таблица 5
Расходные нормы сырья при производстве труб
| Обозна-чениетрубпоГОСТР5О838-95 | Факти-ческаямасса1 и. м.трубы,кг | Технологические отходы и потери | Суммарныйрасходныйкоэфф.K=K1+K2++K3+K4+K5 | НормарасходаПЭна1пмтрубы,кг | ||||
| Невозвратныепотери,кгK1=0,0035 | Неиспользуемыеотходы,кгК2=0,0045 | Используемые отходы,кгК3=0,035 | ИспользованиеКОС,КгК4=0,022 | Потериприподготовке, кгК3=0,002 | ||||
| 110x6,3 | 2,09 | 0,0073 | 0,0094 | 0,0732 | 0,0459 | 0,0042 | 1,067 | 2,23 |
Производительность одношнекового экструдера.
Рассчитывается по формуле:
Q=6 × 10-2 × k ×rн× m × u × n , кг/час
где k – коэффициент заполнения шнека (0,7),
rн – насыпная масса гранул (0,6 г/см3),
m – число заходов шнека (1),
u – объем спирального канала, образованного поверхностями цилиндра
и шнека, м3,
n – частота вращения шнека, об/мин.
u = p× h × ( D – h ) × ( t – l ), см3,
где h – глубина нарезки шнека (0,5 см),
D – диаметр червяка (12,5 см),
t – шаг нарезки (12,5 см),
l – ширина гребня витка (0,6 см).
u = 3,14 × 0,5 × (12,5-0,5) × (12,5-0,6) = 224 см3,
Q = 6 × 10-2 ×0,7 × 0,6 × 1 × 224 × 50 = 282,24 кг/час.
1.7.2 Расчет основного технологического оборудования
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 Lзагр = 10 × D = 1250 мм
Длина шнека L = 3750 мм
Длина зоны сжатия зависит от свойств перерабатываемого материала и составляет:
Принимаем Lсж = 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;
hср – глубина нарезки в начале зоны сжатия, hср = h2.
Определим hср 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);
hн – эффективная вязкость в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой цилиндра (hн = 3,5×10-4 МПа×с).
см.h3 рассчитывается по формуле:
,где i – степень уплотнения материала, принимаемая равной 2,3.
Тогда
смЗначит
смПодставляя найденные значения в формулу для нахождения производительности одночервячного экструдера получим:
см3/минили
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.
смТогда
см3Определение максимального давления расплава в конце шнека:
,где Lд – длина зоны дозирования шнека (Lд = 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 Qв – производительность экструдера, кг/ч (320 кг/ч);
с – удельная теплоемкость материала (3 кДж/(кг×К при Т = 493 К);
Тр – температура расплава материала, К (293 К);
Т0 – температура загружаемого материала, К (453 К).
Тогда
кВт1.7.3 Теплоэнергетические расчеты
Тепловой баланс экструдера:
,где Ен – теплота, поступающая от внешних обогревателей;
Еш – теплота, выделяющаяся при работе шнека;
Ем – теплота, которая уходит с нагретым материалом;
Е0 – теплота, уносимая системой охлаждения (водой, воздухом);
Еп – потри теплоты в окружающую среду через кожух экструдера.
Количество теплоты подводимой внешними электронагревателями (Ен) рассчитывается по формуле: