WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |

Расплав полимера из зазора между валками поступает в канал плоскощелевого типа между передним валком и башмаком отборочногранулирующего устройства, далее расплав продавливается через канал башмака круглого типа, и окончательное оформление заданного поперечного сечения стренга осуществляется в сменной фильере.

Фильеры выполнены следующих диаметров: 4 мм, 5 мм, 6 мм.

Боковое отборочно-гранулирующее устройство показано на рис.

2.3.

Крышка, шток и демпфирующая пружина обеспечивают необходимое давление прижима башмака к поверхности валка.

2.1.2. Расчёт перепада давления в отборочно-гранулирующем устройстве Для того чтобы обеспечить заданную производительность, необходимо определить, при каких геометрических параметрах каналов отборочно-гранулирующего устройства выполняется следующее выражение:

Pщ Pвх.к + Pк + Pвх.ф + Pф, (2.1) где Pщ – перепад давления в канале плоскощелевого типа; Pвх. к – перепад давления на входе в канал круглой формы; Pк – перепад давления в канале круглой формы; Pвх. ф – перепад давления на входе в канал фильеры; Pф – перепад давления в канале фильеры.

2.1.3. Определение перепада давления в канале плоскощелевого типа Расчёт ведём как для шнека экструдера. Считаем, что плоскощелевой канал отборочно-гранулирующего устройства есть не что иное, как развёртка поверхности впадин нарезки червяка. Объём жидкости, протекающей в единицу времени через участок шириной b сечения потока, определяется интегрированием произведения скорости на площадь экспериментального участка F высотой dy.

A A–А b b l 2R A Рис. 2.4. К расчёту перепада давления в канале плоскощелевого типа 1 n bmпрhQ = Fdy, (2.2) n +-где n и m – реологические константы; пр – предельное напряжение сдвига; h – высота канала.

F = X )n+1 -(1- X )n+1dy. (2.3) (1+ -После интегрирования (1+ X )n+2 - (X -1)n+2 - 2(1- X )n+1. (2.4) F = n + Скорость стенки канала (переднего валка) определяется по формуле:

n mпрh u =, (2.5) n +n+1 n+где = (1+ X ) - (1- X ). (2.6) Введём обозначения:

n+1 n+u (1+ X ) - (1- X ) q = = = ; (2.7) n n +1 n +mпрh Q (1+ X )n+2 - (X -1)n+2 - 2(n + 2)(1- X )n+1 ; (2.8) u1 = = n (n +1)(n + 2) bmпрhn+2 n+2 n+u1 Q (1+ X ) - (X -1) - 2(n + 2)(1- X ) u = = =. (2.9) n+1 n+q bhu (n + 2)((1+ X ) -(1- X ) ) Перепад давления в канале плоскощелевого типа определяется по формуле:

прl Pщ =, (2.10) h где l – длина канала.

Для определения пр необходимо знать X. Задаваясь значением X и подставляя его в формулу (2.9), получим u. С другой стороны, при заданной производительности Q значение u является постоянной величиной и определяется по формуле:

Q u =, (2.11) bhu где u – скорость вращения переднего валка.

Построив графическую зависимость u = f (X ), найдём X, при котором значение u как функции от X будет равняться значению u, найденному по формуле (2.11).

Найденное значение X подставляем в выражение (2.6) и находим q.

Из уравнения (2.6) получим формулу для определения пр:

n u n пр =. (2.12) mqh Подставляя значение пр в выражение (2.10), находим перепад давления в канале плоскощелевого типа.

О п р е д е л е н и е п е р е п а д а д а в л е н и я н а в х о д е в к а н а л к р у г л о й ф о р м ы Перепад давления на входе в канал круглой формы определяется по формуле:

1/ n Q(n + 3) K Pвх.к =, (2.13) n + R3m где Q – заданная производительность; n и m – реологические константы; R – радиус канала круглой формы; K – постоянная величина.

О п р е д е л е н и е п е р е п а д а д а в л е н и я в к а н а л е к р у г л о й ф о р м ы Перепад давления в канале круглой формы определяется по формуле:

1/ n Q(n + 3) Pк = 2l1, (2.14) R m (n+3) где l1 – длина канала круглой формы.

О п р е д е л е н и е п е р е п а д а д а в л е н и я н а в х о д е в к а н а л ф и л ь е р ы Поскольку канал фильеры имеет круглую форму, то перепад давления на входе в канал фильеры определяется по формуле:

1/ n Q(n + 3) K Pвх.ф =, (2.15) n + R1 m где Q – заданная производительность; n и m – реологические константы; R1 – радиус канала фильеры; K – постоянная величина.

О п р е д е л е н и е п е р е п а д а д а в л е н и я в к а н а л е ф и л ь е р ы Перепад давления в канале фильеры определяется по формуле:

1/ n Q(n + 3) Pф = 2l2, (2.16) R1(n+3)m где l2 – длина канала фильеры.

2.1.4. Выбор оборудования для использования в мобильных мини-заводах по вторичной переработке полимерной тары и упаковки Традиционное оборудование при рециклинге отходов – это шнековые и дисково-шнековые машины, агломераторы. При этом отходы подвергаются стадиям предварительной подготовки, таким как сбор, классификация, дробление, отмывка, сушка, измельчение.

Использование всех этих стадий делает технологию утилизации достаточно энергоёмкой и в конечном итоге приводит к повышению себестоимости получаемого вторматериала. Вместе с тем при использовании агломератора получается материал различный по гранулометрическому составу и насыпной плотности, что негативно сказывается при дальнейшей переработке в материальных цилиндрах перерабатывающих машин.

В качестве специального оборудования предлагается использовать валково-шнековый агрегат, наиболее устойчивый к переработке загрязнённых отходов. Использование данного вида оборудования позволяет исключить дробление, измельчение и сушку материала, что в конечном итоге позволит снизить трудовые и энергозатраты. По сравнению с дисково-червячными экструдерами валковые машины обладают следующими достоинствами: высокая производительность на единицу капиталовложений и качество конечного продукта, простота осуществления контроля качества изделий, свободный доступ к рабочим органам машины, незначительные затраты времени на изменение толщины получаемых изделий без замены калибрующего устройства, отсутствие застойных зон, что значительно уменьшает деструкцию полимера.

2.1.5. Научно-технический задел в решении задачи создания мобильных мини-заводов В соответствии с поставленной задачей и целями научного исследования был разработан и исследован стационарный непрерывный технологический процесс вторичной переработки отходов термопластичных материалов на валково-шнековом агрегате (рис. 2.5).

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 2.5. Технологический процесс вторичной переработки отходов термопластов:

1 – участок сортировки отходов; 2 – вальцы; 3 – отходы полимеров;

4 – отборочно-шнековое устройство; 5 – узел охлаждения;

6 – тянущее устройство; 7 – нож; 8 – ёмкость для гранул Валково-шнековый агрегат включает в себя вальцы 2; отборочношнековое устройство 4; узел охлаждения 5; тянущее устройство 6; нож 7; ёмкость для гранул 8.

Технологический процесс осуществляется следующим образом:

отходы поступают на участок сортировки 1. Из них удаляют случайные инородные и металлические включения. Далее отходы полимеров непрерывно загружаются через загрузочный бункер с левой стороны поверхности валков вальцов. Под действием сдвиговых напряжений и сил адгезии отходы термопластов затягиваются в межвалковый зазор и транспортируются вдоль оси валков. В процессе переработки происходит плавление отходов, удаление летучих компонентов, пластикация. Возможно также модифицирование различными добавками и окрашивание расплава. Для гранулирования вальцуемого материала расплав полимера снимается специальным ножом с противоположной стороны поверхности валков и направляется в межвитковое пространство шнека отборочношнекового устройства 4. Захватываясь витками шнека, расплав полимера транспортируется к зоне выгрузки, где продавливается через формующее отверстие с образованием прутков (стренгов) заданного поперечного сечения. Полученные стренги охлаждаются устройством 5, ориентируются за счёт тянущего устройства 6, далее режутся ножом 7. Полученные гранулы собираются в ёмкости 8.

Для осуществления разработанного технологического процесса вторичной переработки отходов полимерных материалов был спроектирован и изготовлен лабораторный вариант валковоэкструзионного оборудования на базе вальцов Лб 80/80 200 (рис. 2.6).

Экспериментальная установка (ЭУ) [18] представляет собой горизонтально расположенные полые валки диаметром 80 мм и рабочей длиной 200 мм. Привод валков осуществлялся от электродвигателя постоянного тока АО52/2 1.

Температура поверхности валков поддерживалась в диапазоне температур вязко-текучего состояния полимера. Для поддержания заданного температурного режима валки вальцов были снабжены устройством термостатирования 14.

Для обеспечения непрерывной переработки отходов вальцы были снабжены загрузочным бункером и отборочно-шнековым устройством 12, которое позволяло непрерывно подрезать и снимать расплав полимера с поверхности валков. Наличие отборочно-шнекового устройства позволяло дополнительно гомогенизировать, пластицировать и диспергировать расплав полимера, что улучшало качество целевого продукта.

Привод отборочно-шнекового устройства осуществлялся от электродвигателя переменного тока 8 через муфту 9 и одноступенчатый червячный редуктора 10 на вал шнека.

4 3 2 4 3 2 Зона Зона Зона дозированияпластикации загрузки Зона грануляции Рис. 2.6. Схема лабораторной установки:

1 – электродвигатель; 2, 9 – муфты; 3 – редуктор; 4 – передаточные шестерни;

5 – фрикционная передача; 6 – валки; 7 – механизм регулировки зазора;

8 – электродвигатель отборочного устройства; 10 – червячный редуктор;

11 – ременная передача; 12 – отборочно-шнековое устройство;

13, 14 – термостаты; 15 – ограничительные стрелы А 6 3 1 2 6 3 1 2 5 A 2 1 4 2 1 4 А A Рис. 2.7. Шнековое отборочное устройство:

1 – цилиндр; 2 – шнек; 3 – формообразующее отверстие;

4 – загрузочное окно; 5 – нож; 6 – расплав полимера Отборочно-шнековое устройство (рис. 2.7) представляет собой цилиндр 1 с расположенным внутри шнеком 2 на двух подшипниковых опорах.

Шнек выполняет функцию транспортирования массы и создания заданного давления перед формующей головкой 3, где профилируется заданное сечение экструдата 6. Отборочное устройство снабжено съёмными формующими приставками с различным количеством фильер разной конфигурации. На разработанное лабораторное оборудование получен патент на полезную модель [19].

Анализ экспериментальных исследований на разработанной установке (рис. 2.7) показал её работоспособность, однако она имеет некоторые недостатки: низкую производительность при переработке отходов пластмассовой тары и упаковки за счёт нестабильного среза расплава полимера с поверхности валка и направления его в загрузочное отверстие шнекового устройства.

С целью обеспечения стабильной переработки отходов термопластов, высокой производительности и возможного получения длинномерных изделий заданного профиля была произведена модернизация описанной выше установки.

Валково-шнековый агрегат представляет собой валковую машину с диаметром валков D = 0,08 м и рабочей длиной L = 0,2 м, причём задний валок является неподвижным, в нём имеется загрузочное окно прямоугольного сечения, расположенное в зоне максимального давления на расстоянии 0,085... 0,1 радиуса валка от плоскости минимального зазора под углом, равным углу подъёма винтовой нарезки шнека. Загрузочное отверстие расположено также с одной стороны валка.

Внутри этого валка расположен шнек, вращение которого обеспечивается от индивидуального привода. Шнек захватывает поступающий через загрузочное окно материал и транспортирует его к формующей головке, на выходе из которой образуется профиль заданного поперечного сечения.

При этом стабильность работы обеспечивается синхронизацией потоков перерабатываемого материала в каналах валкового и шнекового оборудования, а эффективность – за счёт бесконечной фрикции между валками.

На рисунке 2.8 представлена схема валково-шнекового агрегата.

Он содержит рабочий валок 1, привод которого осуществляется от мотор-редуктора 8 через муфту 9, обогрев – с помощью электрообогревателя 11, и задний валок 2, который является неподвижным, в нём находится загрузочное отверстие 5, расположенное в зоне максимального давления под углом, равным углу подъёма винтовой нарезки шнека.

Внутри валка установлен шнек 3, привод которого осуществляется от мотор-редуктора 7 через муфту 6. Шнек осуществляет захват материала, транспортировку и создание давления перед формующей головкой 4.

Обогрев валков осуществляется с помощью тенов 11, расположенных по образующей внутри бочки валков.

муфты ;

агрегат :

, – мотор редуктора ;

– головка ;

– отверстие ;

, – Рис. 2.8.

Валково шнековый – передний валок ;

– задний валок ;

– шнек ;

– формующая Величина межвалкового зазора регулируется с помощью устройства 10.

Валково-шнековый агрегат работает следующим образом.

Отходы полимерного материала непрерывно загружаются на поверхность валков с одной стороны вальцов, под действием температуры происходит плавление материала, его транспортировка вдоль оси валков по направлению к загрузочному отверстию 5, где за счёт максимального давления расплав продавливается в загрузочное отверстие 5 и, захватываясь витками шнека 3, транспортируется в сторону формующей головки 4, на выходе из которой получается профиль заданного сечения.

Проведённые экспериментальные исследования по вторичной переработке плёночных отходов полиэтилена низкой плотности показали работоспособность установки с получением прутка заданного сечения с высокой производительностью.

2.2. РЕЦИКЛ МАТЕРИАЛОВ Предприятия, синтезирующие и перерабатывающие пластики, успешно утилизируют их, измельчают (дробят), переплавляют и пускают снова в рецикл или порциями добавляют в исходные материалы, используют в виде смесей (рис. 2.9) [20].

Для уменьшения налипания на внутренние стенки реакторов в процессе полимеризации, избегания трудоёмкой чистки и уменьшения промышленных отходов рекомендуют обрабатывать стенки реакторов полианилином, который, обладая высокой адгезией к металлу, исключает прилипание полимеров к стенкам аппарата.

При использовании загрязнённых бытовых отходов следует предусматривать централизованный сбор, сортировку, отделение от побочного мусора (стекла, бумаги, пряжи, пищи), промывку, сушку, измельчение – всё то, что отвечает экономическим, экологическим и техническим требованиям. Переработка загрязнённых отходов весьма проблематична, потому что требуются:

1. Идентификация полимерных отходов с помощью [21]:

- ИК-спектроскопии (получение спектров и сравнение их с известными);

- ультразвука, т.е. в основу положено затухание УЗ.

Определяет индекс HL по отношению затухания звуковой волны к частоте. УЗ-прибор подключают к компьютеру и устанавливают на технологическую линию утилизации отходов. Например, индекс HL ПЭНП 2,003106 с отклонением 1,0%, a HL ПА-66 – 0,465106 с отклонением ±1,5%;

- рентгеновских лучей;

- лазернопиролизной спектроскопии.

В будущем предполагается кодирование полимеров (указание номера кода на донышках изделий или других местах).

Рекомендуют следующую нумерацию: ПЭТ-1; ПЭВП-2; ПВХ-3;

ПЭНП-4; ПП – 5; ПС-6; все остальные – 7.

2. Устранение неприятного запаха рецикловых полимерных материалов. Запах проявляется от молочных бидонов, бутылок из-под масел и т.д. и обусловлен образующимися альдегидами:

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.