Энергетические рассчеты экструдера

Тепловой баланс экструдера может быть рассчитан по формуле 3.42

E_Н+Е_Ш=Ем+Ео+Еп, где (3.42)

Е_Н – тепло, подводимое к экструдеру нагревателями

Е_Ш – тепло, выделяемое при работе шнека, рассчитываемое по формуле 3.43[12]

(3.43)

D – диаметр шнека, см. D=4,5

N –частота вращения шнека, с^-1 В рассчитанном ранее режиме работы экструдера N=1,5

η – вязкость расплава полимера в условиях переработки, Па·С; η=1762

L_Н – длина напорной части шнека, см Lн=60

h_ср – средняя глубина нарезки шнека, см h_ср=0,427

Q – объемный расход экструдера, см³/с; Q=17,7

P – давление экструдере при режиме переработки, Па P=16700000 Па

δ – величина зазора между гребнем и шнеком, см; δ=0,0352

φ – угол подъема винтовой линии, рассчитывается по формуле 3.44

(3.44)

t – шаг нарезки, см t=5см

°

Е_М – тепло, уносимое с материалом, рассчитываемое по формуле 3.45 [12]

Е_М=G_m·C_m·(T_К-T_Н)/3600,где (3.45)

G_m – расход материала, кг/час;Gm=52,25

С_m – теплоемкость материала С_ПЭВД=1935Дж/кг∙К

Т_Н– температура на входе в экструдер, Тн=20°С

Т_К – температура на выходе из экструдера, Тк=160 °С

E_m=52,25∙1935∙(160-20)/3600=3632Вт=3,93кВт

Е_О – тепло, поглощаемое системой охлаждения, которое можно найти по формуле 3.46 [12]

E_О=G_ВС_В(Т_В2-Т_В1), где (3.46)

С_В – теплоемкость воды С_В=4190 Дж/кг∙К

G_В – расход воды. Определяется по формуле (3.47)

G=ρFv, где (3.47)

ρ – плотность воды ρ=1000 кг/м³

v – скорость циркуляции воды в охлаждающей системе. Рекомендуется брать в интервале v=0,1÷0,8 м/с. Примем v=0,5 м/с

F – площадь поперечного сечения каналов. Для круглых каналов очевидно из геометрических соображений F·π·d²/4,d–диаметр канала. Примем d=0,006м

F=3,14·0,006²/4= 2,826·10^-5

G_В=1000∙0,5∙2,826·10^-5=0,0141кг/с

Изменение температуры охлаждающей жидкости обычно лежит в пределах 5÷10 °C. ПримемТ_В2-Т_В1=10°

E_О=4190∙0,0141∙10=590,8Вт=0,59кВт

Е_П – тепловые потери, рассчитываемые по формуле 3.48 [12]

Е_П=Fα(Т_Н-Т_О), где (3.48)

F – площадь поверхности теплообмена корпуса экструдера с окружающей средой, определяемая, в свою очередь, по формуле 3.49

F=π·d_k·l_k, где (3.49)

d_k – диаметр корпуса с изоляцией. Принимаем d_k=0,4м

l_k – длинна корпуса. Принимаем l_k=1,7м. Отсюда

F=3,14∙0,4∙1,7=2,14 м²

T_Н – температура поверхности корпуса. Обычно лежит в пределах 50-80°.Принимаем T_Н=60°

Т_О – температура окружающей среды. В нашем случае Т_О = 20°

α – коэффициент теплопередачи, который можно вычислить по формуле 3.50 [12]

α=9,74+0,07Δt (3.50)

α=9,74+0,07·40=12,54 Вт/м²·К

Таким образом, тепловые потери составляют

Е_П=2,14·12,54·(60-20)=1073Вт=1,07кВт

Теперь из формулы (3.42) мы можем получить выражение для расчета необходимой мощности нагревателя 3.52 [12] и подставив ранее полученные значения, найти её.

Е_Н=Е_М+Е_В+Е_П-E_Ш (3.52)

Е_Н=3,93+0,59+1,07-4,57=1,02кВт

Рассчитать мощность, потребляемую экструдером на передвижение массы вдоль спирального канала к головке можно по формуле 3.53 [12]

(3.53)

t – шаг нарезки. Из предыдущих расчетов t=5см

e – ширина гребня. e= 0,3см

L – длина шнека. L=148,5см

η – вязкость расплава полимера; в наших условиях переработки η=1748 Па·с

n – частота вращения шнека, N=1,5 с^-1

A – постоянная прямого потока экструдера, A=12,24см³

ΔP – перепад давления в головке, A=16700000Па

J – коэффициент, рассчитываемый по формуле (3.54) [12]

(3.54)

D – диаметр шнека, см.D=4,5

d₂ – диаметр сердцевины вала в зоне плавления и пластикации; d₂=3,75 см

d₃ – диаметр сердцевины вала в зоне дозирования; d₃=4,19см

h₂ – глубина нарезки в зоне плавления и пластикации, h₃=0,374см

h₃ – глубина нарезки в зоне дозирования, h₃=0,153 см

Рассчитаем коэффициентJ и мощность N₁

Мощность, затрачиваемая на срез материала в зазоре между шнеком и корпусом цилиндра, рассчитывается по формуле 3.55

(3.55)

δ – величина зазора между гребнем шнека и стенкой цилиндра, принимаемая в этом расчёте в интервале 0,25÷0,35 см. Примем δ=0,3см.

Общую мощность, потребляемую экструдером на вращение шнека, можно получить сложив две ранее полученные мощности (3.56)

N=N₁+N₂

N=3,82+0,32=4,14кВт

С учетом потерь на трение, механических потерь в двигателе экструдера и прочих неучтенных потерь требуемую мощность двигателя можно рассчитать по формуле 3.57

N_ДВ=N/(0,4÷0,6) (3.57)

N_ДВ=4,14/(0,4÷0,6)=6,9-10,35КвТ

Принимаем N_ДВ=10 кВт

Поиск по сайту: