0C, (27)
где t2к = 160 0С - температура в конце зоны сжатия.
Градиент скорости в канале червяка:
с-1, (28)
Вязкость расплава в зазоре находим при температуре стенки цилиндра в зоне дозирования. Принимаем tц = t3 + 50 = 190 + 50 = 240 0C.
Скорость сдвига в зазоре:
, (29)
При частоте вращения червяка n1 = 1,42 с-1 градиент скорости в канале червяка с-1, в зазоре с-1.
Соответственно этим градиентам эффективные вязкости [2, рис. 12.3] будут равны в канале червяка при tср = 175 0С - мк = 7,5*102 Па*с, в зазоре при tц = 240 0С - мз = 0,88*102 Па*с. Тогда при максимальном сопротивлении головки Дpг = 950*105 Па получим:
* м3/с.
Из расчета видно, что потоком утечки можно пренебречь.
Рассчитанные значения , мк и V для выбранных значений n сведены в таблице 8.
Таблица 8. Производительность червячной машины при различной частоте вращения.
|
n, с-1 |
, с-1 |
мк*10-2, Па*с |
Дp*10-5, Па |
V*104, м3/с |
n, с-1 |
, с-1 |
мк*10-2, Па*с |
Дp*10-5, Па |
V*104, м3/с |
|
|
1,42 |
97,2 |
7,5 |
150 |
1,12 |
1,17 |
80,6 |
8,4 |
150 |
0,2 |
|
|
95 |
1,14 |
95 |
0,4 |
|||||||
|
60 |
1,16 |
60 |
0,5 |
|||||||
|
1,34 |
90,6 |
7,9 |
150 |
1,03 |
1,00 |
68,6 |
9,1 |
150 |
0,02 |
|
|
95 |
1,05 |
95 |
0,04 |
|||||||
|
60 |
1,07 |
60 |
0,05 |
Исходя из данных таблицы строится совмещенная характеристика для определения рабочего числа оборотов червяка (см. рис. 6).
Из этого рисунка видно, что частота вращения червяка, отвечающая заданной производительности V1 = 0,4*10-4 м3/с, составляет n = 1,17 с-1. Все дальнейшие расчеты проводим при данной частоте вращения.
Расчет длин технологических зон
Примем геометрическую длину зоны загрузки, где tц<tпл, равной:
мм, (30)
Для определения приращения длины зоны загрузки предварительно найдем следующие величины.
Теплопроводность расплава над твердой пробкой сырья ПЭВД при средней температуре
0С, (31)
определим по [2, рис. 12.13]: л = 0,21 Вт/(м*К).
Удельная теплоемкость пробки ПЭВД при средней температуре 92,5 0С по [2, рис. 12.10] равна сср = 2,3*103 Дж/(кг*К).
При известных данных фактор Ф равен:
кг/(м*с), (32)
В зоне загрузки ширина пробки X0 = b, тогда Ф/ при расходе сырья G = 116/3600 = 0,032 кг/с составит:
, (33)
Приращение длины зоны загрузки составит:
м, (34)
Общая длина технологической зоны загрузки:
мм, (34)
Длину зоны плавления найдем, последовательно рассчитав изменение ширины пробки по длине участков червяка с различной геометрией.
Длина зоны плавления на первом участке червяка с постоянной глубиной нарезки h1 = 12 мм равна:
мм, (35)
Относительная ширина пробки в конце участка Дl1 при ранее рассчитанном Ф/ = 14,5*10-3:
, (36)
Для последующего конического участка длиной L2 = 160 мм:
, (37)
Ширина пробки в конце зоны сжатия:
, (38)
где
, (39)
Для участка зоны дозирования:
, (40)
Определим длину окончания зоны плавления на участке дозирования червяка:
м, (41)
Полученный результат удовлетворяет параметрам работы экструдера, так как зона плавления занимает достаточную длину геометрической зоны дозирования червяка.
Таким образом, объем твердой фазы в конце первого участка уменьшился на 90%. Учитывая, что расчеты дают завышенные результаты, будем считать плавление материала законченным на длине червяка до зоны дозирования. Тогда
мм, (42)
Расчет мощности привода
Скорость перемещения пробки материала вдоль оси канала:
м/с, (43)
Относительная скорость перемещения пробки:
м/с, (44)
Толщина пленки расплава над пробкой материала при плотности с = 795 кг/м3, соответствующей средней температуре tср = 197 0С:
м, (45)
Градиент скорости, составит:
с-1, (46)
Эффективная вязкость расплава по [2, рис. 12.3] при tц = 270 0С составит мэ = 4,3*102 Па*с.
Величина мощности диссипируемой в пленке расплава над пробкой:
Вт, (47)
Градиент скорости в зазоре:
с-1, (48)
Тогда эффективная вязкость мэ при tц = 270 0С равна 1*102 Па*с. Мощность, теряемая в зазоре на участке плавления:
Вт, (49)
Определим коэффициент I:
.
Мощность, теряема в канале червяка в зоне дозирования:
Вт, (50)
мощность, теряемая в зазоре на длине зоны дозирования:
Вт, (51)
мощность, теряемая в канале формующей головки:
Вт, (52)
Общие затраты мощности в червячной машине составят:
Вт, (53)
мощность электродвигателя червячного пресса составит
Вт, (54)
2.3 Выбор вспомогательного оборудования
Расчёт ёмкостей и бункеров
Выбираем и рассчитываем объём и размеры бункера для вторичнойгранулы. Бункер имеет цилиндро-коническую форму. Суточная потребность ПНД - 2784 кг; насыпная плотность ПЭВД - 500 кг/м3; коэффициент заполнения бункера для ПЭВД - 0,7. Принимаем D = 2 м.
V = 2784/500*0,7 = 8 м3;
НК = tg60* D/2, НК = 1,73м;
VK = (3,14* HK)/3, VK = 1,81 м3;
VЦ = 8,19 м3;
VЦ = (3,14* D2)/4 * HЦ
HЦ = 2,608 м, Н всего бункера = 1,73м + 2,608 м = 4,34 м.
Таким образом, ставим накопительный бункер для ПНД гранулы высотой 4,34 м, объёмом 8 м3 и диаметром 2 м.
Руководствуясь технологическими параметрами а также производительностью производства и стандартами качества продукции, производим выбор прочего вспомогательного оборудования.
Выбор дробилок
Для измельчения отходов ПЭВД выбираем шредер серии WLK 4S компании WEIMA. Универсальные измельчители серии WLK подходят для первичной обработки почти всех полимеров, в частности твёрдых и прочных материалов. Станки без проблем измельчают литники и слитки, трубы, автомобильные бампера, материалы выдувного формования, а также бумагу, картонные изделия, лёгкие металлы и т.д.
Технические характеристики:
Количество ножей на роторе - 17-30 шт
Размеры загрузочного окна - 600Ч900 мм
Объём воронки - 0,6 м 3;
Диаметр ротора - 368 мм;
Частота вращения ротора - 85 об/мин;
Мощность - 30/37 кВт;
Вес - 2 кг
Габариты (ДЧШЧВ) - 2480Ч1610Ч1875 мм
Для наилучшего качества измельчения выбираем дробилку серии NZ 200/400. Данная дробилка предназначена для окончательного измельчения материала, прошедшего через шредер.
Технические характеристики:
Число ножей на роторе - 4Ч400 (штЧмм);
Диаметр ротора - 200 мм;
Ширина ротора - 400 мм;
Ширина загрузки - 400Ч240 мм;
Двигатель - 11/15кВт;
Диаметр трубы под пневмотрансмпорт - 200 мм;
Вес - 500кг;
Габариты (ДЧШЧВ) - 1170Ч850Ч1480 мм
Выбор пневмотранспорта
Для транспортирования дробленки, гранул, пыли и мелких частиц используется 3 системы пневмотранспорта.
Для очищения дроблёнки от пыли и мелких частиц используется циклон ЦН-11. Диаметр - 400 мм, высота - 1862 мм, масса - 66 кг, производительность по воздуху: 970-1270 м3/ч.
Для транспортирования дробленки в бункер экструдера используем автозагрузчик.
Технические характеристики:
Давление сжатого воздуха - 6-8 бар;
Потребление сжатого воздуха - 0.5 Нл/цикл;
Мощность двигателя - 2 кВт;
Ширина х высота х диаметр - 520Ч960Ч280 мм;
Транспортирующая труба ID - 40 мм;
Всасывающая трубка ID - 40/50/60 мм;
Вес - 50 кг.
Описание формующей оснастки
Важной составляющей частью оборудования для переработки пластмасс в изделия является технологическая оснастка. Технологической оснасткой при производстве погонажных изделий, в частности гранул, является экструзионная головка.
При переработке изделий методом экструзии большое значение имеет правильный выбор геометрии формующей полости и подводящих каналов головки, перерабатывающей машины формующих инструментов экструдеров.
Назначение экструзионной головки - придание расплаву полимера формы соответствующего изделия.
Головка крепится непосредственно к экструдеру, нагнетающему расплав под необходимым давлением с заданными скоростью и температурой. Экструзионная головка представляет собой отдельный сменный элемент.
Головка, представленная на чертеже, является угловой и плоскощелевой, служит для получения стренг. Количество одновременно выходящих стренг - 18.
Экструзионная головка для изготовления стренг состоит из корпуса, в который устанавливаются плоскощелевая головка с 18 каналами для выхода стренг. Корпус крепится к материальному цилиндру с помощью переходника болтами. В корпус вставлены 2 термопары ТХА 0179 и ТХК 2488. Обогрев осуществляется с помощью нагревателей по всему периметру корпуса.
Для грануляции стренг выбираем гранулятор SL-GR-200.
Технические характеристики:
Электродвигатель - 4 кВт;
Частота вращения фрезы - 200 об/мин;
Диаметр фрезы - 200 мм;
Габариты (ДЧШЧВ) - 1050Ч840Ч1700 мм;
Масса - 550 кг.
Для охлаждения стренг применяем ванну охлаждения, с объёмом воды - 230л, массой - 110 кг, габаритами 2500Ч600Ч1250 мм.
3. Безопасность и экологичность
Охрана труда
Охрана труда на предприятии - комплекс мер, направленных на сохранение жизни и здоровья работников, в процессе их трудовой деятельности.
Человеческая жизнь - высшая ценность, недопустимо пренебрегать ей в угоду экономической выгоде, поэтому вопросы обеспечения безопасной работы для сотрудников предприятия являются приоритетными при проектировании новых производств.
К мероприятиям по охране труда относятся:
Обеспечение пожаровзрывобезопасности;
обеспечение электробезопасности;
обеспечение гигиены труда;
обеспечение безопасности жизнедеятельности;
управление безопасностью труда.
Охрана труда на предприятии регламентируется федеральными и региональными законами, законодательными и нормативными правовыми актами, а также соглашениями между работодателем и сотрудником и внутренними инструкциями.
В данном разделе рассматриваются вредные производственные факторы, имеющиеся на проектируемом участке цеха, их влияние на здоровье сотрудников и меры по уменьшению их негативного воздействия.
Пожароопасные свойства веществ
К основным параметрам, характеризующим пожароопасность того или иного соединения относятся температура вспышки, температура воспламенения, температура самовоспламенения, а также концентрационные и температурные пределы распространения пламени.
Температура вспышки - наименьшая температура горючего вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня без возникновения устойчивого горения.
Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.
Температура самовоспламенения - наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва
Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) - минимальная (максимальная) концентрация горючего вещества (газа, паров горючей жидкости) в однородной смеси с окислителем (воздух, кислород и др.) при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (открытое внешнее пламя, искровой разряд)
Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.