CC BY
43
УДК 621.798:664 (075.8)
ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА ПРИ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО РАБОТЫ
А.М. Рожков
В статье проведены исследования, позволяющие оценить производительность экструзионного оборудования для производства полимерных пленок в зависимости от параметров шнека экструдера при учете критической частоты его вращения, определены диапазоны производительностей для различных параметров.
Ключевые слова: производство полимерных пленок, экструзия полимера, шнек экструдера.
Для производства полимерных упаковочных материалов широко используют экструдеры, которые осуществляют переработку гранул полимера в однородный состав и формование из него материалов. Основными конструктивными элементами экструде-ров являются следующие зоны:
загрузки гранул полимера с охлаждающей системой;
рабочая, включающая вращающийся в цилиндрическом корпусе с постоянной угловой скоростью шнек,
выгрузки расплава полимера [11.
На рис 1. представлена схема одношнекового экструдера.
Рис. 1. Схема одношнекового экструдера: 1 - измерительная головка;
2 - охладительные каналы; 3 - нагревательные элементы; 4 - цилиндрический корпус; 5 - вращающийся шнек; 6 -загрузочная воронка; 7 - полость для циркуляции воды; 8 - двухступенчатый цилиндрический редуктор;
9 - электродвигатель
На схеме указаны три зоны цилиндра (1 - входная, 2 - с нагревательными элементами, 3 - с каналами охлаждения) и шнека (1 - подачи, 2 - пластикации, 3 - выталкивания - моторинг-зона) (см. рис. 1).
Полимерный материал подается в воронку 6 и оказывается на шнеке 5, который обеспечивает транспортировку и равномерную подачу гранулята полимера сначала в зону подачи, а затем пластификации, где он плавится с помощью нагревательных элементов 3, во-вторых, его гомогенизирование и, в-третьих, сжатие в зоне нагнетания, и в дальнейшем полимер в таком состоянии направляется к выходу через измерительную головку 1 с датчиками контроля давления и температуры. Вращение шнека 5 обеспечивается электродвигателем 9 через редуктор 8.
Наиболее широко известны экструдеры следующих производителей. Производительность одношнековых экструдеров серии Scientific LE45-30 и LE40-30 варьируется в диапазоне от 30 до 60 кг/ч при частотах вращения шнека от 0 до 300 об./мин. Экструдеры SLE 1-70, SLE 1-90, SLE 1-115, SLE 1-130 и SLE 1-150 обеспечивают производительность процесса от 120 до 1000 кг/ч при мощности привода от 37 до 132 кВт/ч. Каскадные экструдеры этой же фирмы SLE К-90 и SLE К-125 обеспечивают производительность процесса от 300 до 600 кг/ч при мощности привода от 30 до 37 кВт/ч.
Одной из основных количественных характеристик экструдера является производительность Q (кг/ч), которая определяется по формуле
Q = 60pDh-(1 - e/t )•
w
h + w
2
pDn • sin jcos j Dp • h • sin j
2 ( i >
2 H
• L
1 _ Vt tga sin a Vr + Vttga
где D - диаметр вращающегося шнека; h - высота витков; t - шаг витков шнека; е -толщина витков; w - расстояние между соседними витками; j - угол винтовой нарезки шнека; L - длина шнека; Ар - противодавление на выходе зоны дозирования; Vr - скорость релаксации; H - константа пристенной вязкости; Vt - скорость движения пробки расплава; a - угол взаимодействия; n - частота вращения шнека.
В работе [2] было проведено исследование влияния на производительность экструдера диаметра вращающегося шнека и угла его винтовой нарезки от частоты его вращения в диапазоне от 0 до 100 об./мин для шнека с геометрическими параметрами е = 6 мм, L = 1500 мм, h = 5 мм, w = 40 мм. Было проанализировано влияние частоты вращения шнека, его габаритных размеров, а также параметры процесса движения расплава полимера на производительность зоны дозирования. Было показано, при увеличении диаметра и угла винтовой нарезки шнека производительность зоны дозирования процесса соэкструзии увеличивается при увеличении диаметра с 40 до 60 мм в 1,44 раза, а при увеличении угла винтовой нарезки шнека с 10 до 20о - в 1,53 раза. При этом производительность зоны дозирования в зависимости от конструктивных и кинематических параметров шнека в диапазоне частот его вращения от 20 до 100 об./мин составляет от 20 до 120 кг/ч для рассматриваемого полимера [2].
С целью выбора оптимальных параметров рабочих органов экструдера необходимо более широко оценить влияние его конструктивных и кинематических параметров на количественную характеристику его работы - производительность.
В рекламном буклете компании, производящей комплектующие для экструзи-онного оборудования, представлены диапазоны основных геометрических параметров шнека: диаметр вала d шнека от 35 до 92 мм; диаметр D вращающегося шнека от 77 до 188 мм, длина L шнека от 810 до 2000 мм [3]. Проведем исследование производительности одношнекового экструдера для указанных диапазонов геометрических параметров.
Для определения диапазона допустимых частот вращения шнека, воспользуемся зависимостью ее критического значения в зоне загрузки по следующему соотношению
42,2
"к=7W'
представленную в работе [4], графическая зависимость которой при диаметрах шнека в диапазоне от 75 до 200 мм показана на рис. 2.
На рис. 3 показаны графики производительности Q(n) одношнекового экструдера в зависимости от диаметра шнека в диапазоне от 70 до 200 мм и частоты его вращения от 0 до 200 об./мин для шнеков следующих типов: тип 1: e = 5 мм, L = 900 мм,
к = 5 мм, н = 40 мм (рис. 3, а); тип 2: е = 6 мм, Ь = 1200 мм, к = 7 мм, н = 45 мм (рис. 3, б); тип 3: е = 6 мм, Ь = 1500 мм, к = 10 мм, н = 50 мм (рис. 3, в); тип 4: е = 8мм, Ь = 2000 мм, к = 12 мм, н = 60 мм (рис. 3, г).
Рис. 2. График зависимости критической частоты вращения шнека в зоне загрузки в зависимости от диаметра шнека
На каждом из графиков была построена кривая производительности Q(nк) в зависимости от критического значения частоты вращения шнека.
в г
Рис. 3. Графики зависимостей производительности одношнекового экструдера в зависимости от диаметра шнека и частоты его вращения для шнеков четырех типов: тип 1 (а), тип 2 (б), тип 3 (в), тип 4 (г)
Графики показывают, что производительность одношнекового экструдера в зависимости от частоты вращения п шнека теоретически может составлять от 30 до 4500 кг/ч в зависимости от параметров шнека (синяя поверхность). Однако при учете критической частоты пк вращения шнека производительность шнека ограничена (красная поверхность) значениями от 30 до 2500 кг/ч.
537
Список литературы
1. Рожков А.М. Анализ оборудования для процесса экструзии полимеров // Молодежный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула, 2020. С. 46-49.
2. Рожков А.М. Анализ производительности экструдера для производства многослойных упаковочных пленок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 455-459.
3. Справочник по продукции: шнеки, цилиндры, приспособления ООО «КАПЛАСТ». [Электронный ресурс] URL: http://s.siteapi.org/32b795b2d2fd783/ docs/ 6d1b92a508ea2ec0dfd215dcfeb9959017e1e232.pdf (дата обращения: 13.11.2020).
4. Литвинец Ю.И. Технологические и энергетические расчеты при переработке полимеров экструзией. Екатеринбург, УГЛТУ. 2010. 55 с.
Рожков Александр, Михайлович, магистрант, rojkov. am@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE MAXIMUM PERFORMANCE OF A SINGLE-SCREW EXTRUDER UNDER OPTIMAL OPERATING CONDITIONS
Rozhkov A.M.
The article presents studies that allow evaluating the performance of extrusion equipment for the production of polymer films depending on the parameters of the extruder screw, taking into account the critical frequency of its rotation, and defines the performance ranges for various parameters.
Keywords: production ofpolymer films, polymer extrusion, extruder screw.
Rozhkov Alexander Mikhailovich, undergraduate, rojkov. am@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 655.326.1; 675.043.85
ОСОБЕННОСТИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ФЛЕКСОГРАФСКИХ КРАСОК
О.В. Соколова
Рассматривается состав красок для флексогафской печати, описываются особенности растворителей и требования, предъявляемые к ним. Анализируется баланс разбавителя при испарении на примере ^пропилацетата.
Ключевые слова: флексография, краска, растворитель, компоненты, вязкость, баланс растворителя.
Выбор красок для флексографсой печати обуславливается поставленной задачей. Все краски отличаются по свойствам, особенностям работы и составу. Краски на основе летучих растворителей и некоторые виды водорастворимых красок содержат в своем составе растворители. Для водорастворимых красок в роли растворителей выступают спирты или вода. Краски на основе растворителей, как следует из названия, в значительной степени зависят от правильно выбора растворителя и точности его использования. Рассмотрим подробнее роль, которую играют растворители во флексо-графской печати.
