Расчет производительности экструдера

Мы используем одношнековый экструдер с переменной (уменьшающейся) глубиной нарезки. Производительность этого экструдера определяется по формуле 3.1 [12]

(3.1)

Q –производительность экструдера, см³/мин

η– эффективная вязкость расплава полимера в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой, кПа·с

P–давление в конце шнека, Па

n – частота вращения шнека, мин^-1

A – постоянная прямого потока экструзии, которая может быть рассчитана по формуле 3.2 [12]

(3.2)

λ – число заходов нарезки шнека. Обычно λ=1.

σ – коэффициент геометрических параметров шнека, рассчитываемый по формуле 3.3 [12]

(3.3)

a – коэффициент, 1/см²

(3.4)

b – коэффициент, 1/см⁴

(3.5)

h₁- глубина спирального канала в начальной зоне загрузки, см, определяемая по эмпирической формуле 3.6 [12]

h₁=(0,12÷0,16)D (3.6)

h₂ – глубина спирального канала в начале зоны сжатия

t – шаг нарезки, см

t=(0,8 ÷1,2) D (3.7)

e – ширина гребня, см

e=(0,06÷0,1)D (3.8)

i – степень уплотнения

i=V_ЗАГР/V_ДОЗ (3.9)

V_ЗАГР – объем спирального канала на длине одного шага в загрузочной зоне (под горловиной), см³

(3.10)

Vдоз – объем спирального канала на длине одного шага в зоне дозирования, см³

(3.11)

d₁ – диаметр сердцевины (вала) шнека у загрузочной воронки

d₁=D-2h₁ (3.12)

d₂ – диаметр сердцевины (вала) шнека в зоне пластикации

d₂=D-2h₂ (3.13)

d₃ – диаметр сердцевины вала в зоне дозирования

d₃=D-2h₃ (3.14)

Подставив в уравнение 3.9 уравнения 3.10÷3.14 и упростив, мы получим новое выражение для расчета степени уплотнения:

(3.15)

Отсюда h₃ – глубина спирального канала в зоне дозирования, см:

(3.16)

(3.17)

L₀ – длина шнека до зоны сжатия

L₀=L-L_H (3.18)

L_H–длина напорной части шнека

L_H=(0,4÷0,6)L (3.19)

B – постоянная обратного потока, см³, составляющая обычно 5-10% от А₁[12]

(3.20)

С – постоянная потока утечки, зависящая в основном от величины зазора δ.

(3.21)

Обычно δ=0,1÷0,2 мм или δ=(1∙10^-3÷3∙10^-3)D, максимально допустимую δ можно определить по уравнению (3.22)

(3.22)

D – диаметр шнека, см

L – длина шнека, см

В нашем случае L/D=33/1

D=4,5 см; L=148,5см.

Тогда длина напорной части шнека по формуле 3.19

L_H=(0,4÷0,6)·148,5=59,4÷89,1см. Принимаем L_H=60см

Длину шнека до зоны сжатия определяем по формуле 3.18

L₀=L-L_H=148,5-60=88,5см

При экструзии ПЭВД рекомендуют использовать степень сжатия, равную 3[10]

i=4

Найдем глубину нарезки канала h1 по формуле 3.7

h₁=(0,12÷0,16)D==(0,12÷0,16)·4,5=0,54÷0,72см. Принимаем h₁=0,7см

Теперь найдем глубину спирального канала в зоне дозирования по формуле 3.16 [12]

А по формуле (1.17) рассчитаем глубину спирального канала в зоне плавления и пластикации

см

Зная глубину нарезки во всех трех зонах, по формулам 3.12, 3.13, 3.14 можем узнать диаметры сердцевины вала в них

d₁=4,5-2·0,7=3,1 см

d₂=4,5-2·0,374=3,752 см

d₃=4,5-2·0,153=4,194 см

По формуле 3.7 определим шаг нарезки

t=(0,8 ÷1,2) 4,5=3,6÷5,4 Принимаем t=5см,

а по формуле (1.8) – ширину гребня

e=(0,06-0,1)4,5=0,27÷0,45. Принимаем e=0,30 см

Теперь мы можем найти коэффициенты σ по формуле (3.3), a по формуле (1.4) и b по формуле (3.5)

Зная эти коэффициенты, мы можем найти постоянные прямого и обратного потока см³

см³

Теперь по формуле (1.22) мы можем рассчитать максимально допустимую величину зазора

см

Зная величину зазора, мы можем найти величину потока утечки С₁по формуле 3.21

Рассчитаем скорость сдвига для зоны дозирования экструдера по формуле 3.22 [12]

, где (3.22)

D – диметр шнека, м; D=0,045

h_ср – средняя глубина нарезки, м; h_ср=(h₁+h₃)/2=(0,007+0,00153)/2=0,00426

N – частота вращения шнека, с^-1

t – шаг нарезки, м. t=0,005

– скорость сдвига с^-1

Для экструдера ЧП 45×33 возможны частоты вращения от 0,15 до 1,5 с^-1. Проведем расчет для 6 различных значений, выберем следующие значения

N₁=0,15;N₂=0,35;N₃=0,5;N₄=0,75;N₅=1;N₆=1,5

По этим данным с помощью эмпирической формулы 3.23 мы можем рассчитать вязкость расплава полимера при наших режимах переработки

(3.23)

Переработка полимера осуществляется при средней температуре 150°С (423K), R=8,314 м² ·кг/с²·К ·Моль

Значения коэффициентов m₀, E, nдля разных скоростей сдвига для ПЭВД можно найти в таблице 3.1 [7]

Отсюда, подставив ранее полученные значения в формулу 3.1, мы можем рассчитать производительность экструдера.

Рассчитанные последовательно значения производительности экструдера для давлений в 10, 20,30 и 50 мПа и частот вращения шнека в 0,15, 0,35, 0,50, 0,75, 1 и 1,5 с^-1 сведены в таблицу 3.2

Таблица 3.2 - Производительность экструдера при различном давлении и скорости вращения шнека

Поиск по сайту: