WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Издательство ТГТУ УДК 504.064.45(075) ББК Л710.09я73-5 К493 Утверждено Редакционно-издательским советом университета Р е ц е н з е н т ы:

Доктор технических наук, профессор Н.С. Попов Кандидат технических наук, профессор А.А. Коптев С о с т а в и т е л и:

А.С. Клинков, И.В. Шашков, М.В. Соколов, П.С. Беляев К493 Оборудование и технология вторичной переработки отходов полимерных материалов : методические указания / сост. : А.С.

Клинков, И.В. Шашков, М.В. Соколов, П.С. Беляев. – Тамбов : Издво Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 48 с. – 100 экз.

Лабораторные работы способствуют закреплению знаний лекционного курса по утилизации и вторичной переработке полимерных материалов, умению применять технологические методы и стандартное оборудование для утилизации и вторичной переработки полимерных материалов.

Предназначены для проведения лабораторных работ по дисциплине "Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов" магистрантами шестого курса, обучающимися по программе 150400.26 "Технологические процессы, машины и оборудование комплексной химической переработки растительных полимеров", а также студентами, обучающимися по специальности 28.02.02 "Инженерная защита окружающей среды".

УДК 504.064.45(075) ББК Л710.09я73-5 © ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" (ТГТУ), 2007 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания для студентов 4 и 5 курсов очного, 5 и 6 курсов заочного обучения специальности 240801 и 6 курса магистерской программы 150400.26 Тамбов Издательство ТГТУ 2007 Учебное издание ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания С о с т а в и т е л и:

КЛИНКОВ Алексей Степанович, СОКОЛОВ Михаил Владимирович, ШАШКОВ Иван Владимирович, БЕЛЯЕВ Павел Серафимович Редактор З.Г. Чернова Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Рыжкова Корректор О.М. Ярцева Подписано в печать 18.10.2007.

Формат 60 84/16. 2,79 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. Лабораторная работа ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы ножевого измельчителя, предназначенного для дробления отходов термопластичных полимерных материалов; составление кинематической и расчетной схем, технической характеристики оборудования для измельчения.

Оборудование и материалы: ножевой измельчитель, технологические отходы термопластов.

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА По литературным источникам [1] – [3] ознакомиться с назначением, принципом действия, классификацией и особенностями конструкции ножевых измельчителей. Изучить теорию процесса измельчения полимерных материалов, существующие экспериментальные способы и методы расчета параметров оборудования для измельчения.

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ 1. В лаборатории на рабочем месте ознакомиться с конструкцией ножевого измельчителя.

Составить кинематическую схему; описать принцип действия, назначение, особенности работы.

2. Ознакомиться с технологическим процессом измельчения отходов термопластичных полимерных материалов; получить экспериментальные образцы при различных режимах работы ножевого измельчителя (при варьировании частоты вращения ротора, величины зазора между ножами, диаметра отверстий в сменной калибрующей решетке и др.) по указанию преподавателя.

3. Определить гранулометрический состав полученного измельченного полимерного материала.

4. Определить показатель текучести расплава полученного измельченного полимерного материала.

5. Определить физико-механические свойства полученного измельченного полимерного материала (предел текучести при растяжении, относительное удлинение и предел прочности при разрыве).

6. Определить основные параметры ножевого измельчителя: производительность и мощность привода – экспериментально и расчетным путем по соответствующим зависимостям.

7. Составить техническую характеристику ножевого измельчителя.

2.1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ Оборудование для измельчения используется в химической промышленности для проведения технологических операций: дробления, раздавливания, истирания, расщепления волокнистых ингредиентов и отходов полимерных материалов при их вторичной переработке, а также других операций. Применяемое оборудование: дробилки, мельницы, дезинтеграторы, грануляторы, резательные станки, дистилляторы и др. В качестве рабочих органов дробилок используют роторы с жесткими продольными билами, молотковыми, крестовыми, консольно-стержневыми, ножевыми устройствами.

1 4 Рис. 1.1. Типовые конструкции бильных валов:

1 – с продольными билами; 2 – молотковые устройства; 3 – крестовые устройства; 4 – консольно-стержневые насадки; 5 – ножевые роторы Типовые бильные валы показаны на рис. 1.1. Первый тип роторов (1) характеризуется массивностью и жестко закрепленными на них билами различной конфигурации. Служат для грубого дробления твердых тел (различных смол, твердых компонентов и др.) Молотковые устройства 2 характеризуются наличием шарнирно закрепленных насадок-молотков и служат для дробления твердых тел, в том числе и отходов пластмасс. Третий тип насадок (3) пригоден для вторичного дробления, разрыхления и распушки продуктов химических производств. Консольно-стержневые насадки 4 характеризуются наличием стержней, жестко закрепленных в дисках, расположенных концентрично и вращающихся навстречу друг другу; применяются в дезинтеграторах для дробления серы, графита, асбеста, отходов РТИ и других материалов. Ножевые роторы 5 характеризуются наличием нескольких жестко закрепленных ножей и используются в дезинтеграторах по переработке полимерных материалов и отходов пластмасс, шин и РТИ.

На рис. 1.2. показана типичная конструкция ножевого измельчителя. Полимерные материалы, подлежащие дроблению, из загрузочного бункера 8 поступают в измельчительную камеру и захватываются вращающимся ротором 5. Измельчение происходит между двумя ножами 7, установленными на вращающемся роторе 5 и неподвижном корпусе 3. Качество измельчения материалов определяется величиной зазора между ножами. Регулировка зазора производится путем радиального перемещения ножей на роторе. Степень измельчения характеризуется величиной отверстий калибровочной решетки 9. При перегрузках (например, заклинивании ножей при попадании металлических предметов) шпильки 6 срезаются и диск свободно будет вращаться относительно ротора, тем самым предохраняя электродвигатель от перегрузок.

Рис. 1.2. Ножевой измельчитель:

1 – станина; 2 – фланцевый электродвигатель; 3 – корпус; 4 – диск;

5 – ротор; 6 – шпильки; 7 – ножи; 8 – загрузочная воронка;

9 – сменная калибрующая решетка; 10 – лоток Перспективное направление в конструировании измельчителей барабанного типа является разработка вибровращательных мельниц. Такое оборудование исключает недостатки, присущие барабанным шаровым и вибрационным мельницам: низкая эффективность процесса измельчения, наличие застойных зон, значительная металлоемкость и ограничение по скорости вращения барабана.

Конструктивная схема вибровращательной мельницы показана на рис. 1.3. Она состоит из барабана 1, его подшипниковых опор 2, жестко установленных на стойках 3, опирающихся на виброплиту 4, которая монтируется на четырех цилиндрических пружинах 6. Вибратор 5 крепится к нижней поверхности плиты 4. Вращение барабана осуществляется от электродвигателя, через редуктор (вариатор) (на рис. 3 – условно не показано) и клиноременную передачу 8.

.

Рис. 1.3. Конструктивная схема вибровращательной мельницы:

1 – барабан; 2 – узел подшипника; 3 – стойка; 4 – виброплита; 5 – вибратор;

6 – пружина; 7 – плита; 8 – клиноременная передача Скорость вращения барабана определяется по эмпирической формуле n = (5 + 2), (1.1) (2Rб)0,где Rб – радиус барабана, м; = (0,35…0,45) – коэффициент заполнения барабана мелющими телами.

Масса шаровой загрузки Gш = RбLбш, (1.2) где Lб – длина барабана, м; ш – насыпная плотность мелющих тел, м.

Диаметр размольных тел 3q 10-dш =, (1.3) cEгде q = ; c = 0,57 – коэффициент при сухом измельчении и c = 5,5 – 2 4 8[Rб (n / 30)2 - 2Rб (n / 30)6 + Rб (n / 30)10] при мокром измельчении; E0 – энергия начала разрушения частиц.

Мощность, необходимая для вращения барабана, 2,1,1MшRб Lб N1 =, (1.4) 610-где М = 0,5 – эмпирический коэффициент работы массы мелющих тел.

Потребляемая мощность электродвигателем вибратора Nз N2 =, (1.5) 3KQM Gв где Nз = ; – частота колебаний барабана, с–1;

2 107 [G2 + Q2(G1 + G2 )] Мв – момент вибратора, Н·м; G1 – масса загрузки, кг; G2 – масса колеблющихся узлов измельчителя (без загрузки), кг; Q = (0,4…0,5) – экспериментальный коэффициент; K = 1 – коэффициент, характеризующий передачу мощности от барабана к загрузке.

Средняя амплитуда колебаний барабана M 1+ Qв Aср =, (1.6) G1+ Q2 (1+ µ2 ) Gгде µ = – коэффициент соотношения масс загрузки к массе колеблющихся тел узлов мельницы.

GОптимальное значение µ = 1,8.

Суммарная мощность вибровращательного измельчителя Nc = N1 + N2, (1.7) т.е. мощность, затрачиваемая на вращение барабана и его вибрацию.

Более полное описание конструкций резки каучуков и измельчения других ингредиентов смесей изложены в [1] – [3].

2.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Установить заданную величину зазора между ножами ножевого измельчителя.

2. Установить сменную калибрующую решетку с заданным диаметром отверстий d = 5 мм.

3. Отходы полимерного материала в заданном количестве загрузить в воронку ножевого измельчителя.

4. Включить электродвигатель измельчителя.

5. В процессе измельчения определить мощность, затрачиваемую на процесс.

6. С помощью специального мерника, секундомера и весов определить объемную Qv и весовую G производительность, а также насыпную плотность.

7. Определить гранулометрический состав измельченного полимерного материала с помощью штангенциркуля или микрометра.

8. Установить сменную калибрующую решетку с другим диаметром отверстий.

9. Выполнить действия по пунктам 3 – 8 для сменной калибрующей решетки с заданными диаметрами отверстий (d = 3; 2; 1 мм).

10. Количество проводимых экспериментов должно быть не менее трех для каждой калибрующей решетки.

11. Полученные результаты экспериментальных данных заносятся в табл. 1.1.

12. Полученный вторичный полимерный материал подвергается экспресс-контролю по определению показателя текучести расплава, предела текучести при растяжении, относительного удлинения и предела прочности при разрыве. Методика определения этих показателей дана в разделе 2.3.

13. Результаты испытаний заносятся в табл. 1.1.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИЗМЕЛЬЧЕННОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА 2.3.1. Показатель текучести расплава полимера определяют по следующей методике.

Для определения показателя текучести расплава используется грузовой капиллярный вискозиметр ИИРТ-М, который соответствует ГОСТ 11645–73. В зависимости от вида исследуемого полимера в соответствии с ГОСТ выбирается капилляр с определенным диаметром, температура испытания и масса груза. Перед испытаниями вискозиметр прогревается в течение одного часа. После этого заполняют камеру прибора гранулами и вводят в нее поршень с грузом. Через 10 мин (время прогрева термопласта) освобождают груз, под действием которого полимер начинает продавливаться через капилляр. При истечении полимера через капилляр срезают прутки (до 10 шт.) за установленный промежуток времени – 60 с, который засекают по секундомеру. Прутки, которые содержат пузырьки воздуха, – забраковывают. На аналитических весах определяют массу срезанных прутков с точностью до 0,001 г.

Показатель текучести расплава I (г/10 мин) определяют по формуле:

I = 600m / t, (1.8) где m – масса прутка, г; t – время истечения прутка, с.

За результат испытаний принимают среднее квадратичное всех параллельных определений для каждого эксперимента.

2.3.2. Предел текучести при растяжении, относительное удлинение и предел прочности при разрыве полимера определяют по следующей методике.

Гранулы закладываются в пресс-форму, которую устанавливают в пресс и в зависимости от типа полимера прессуют при определенной температуре и давлении в течение заданного времени. Например, гранулы полиэтилена прессуют при температуре 160 °С, давлении 100 кГс/см2 в течение 15 мин. Из полученных прессованием пластин вырубаются образцы, показанные на рис. 1.4, имеющие размеры табл. 1.2.

Испытания на растяжение проводят согласно ГОСТ 11262–68. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность без вздутий, сколов, трещин, раковин и других дефектов. Образцов для каждого опыта должно быть не менее пяти.

Испытания можно проводить на разрывной машине СМГИ-Ц-250. Устанавливают скорость раздвижения захватов в испытательной машине (рекомендуется 28 мм/мин). Перед испытанием замеряют толщину и ширину образцов в их рабочей части с точностью до 0,01 мм, не менее чем в трех местах. Образцы, у которых результаты измерений толщины и ширины рабочей части различаются больше, чем на 0,2 мм, заменяются другими.

l lh A L Рис 1.4. Образец для испытания на растяжение 1.2. Размеры образцов для испытания на растяжение Название размеров Обозначение Величина, мм Общая длина L Ширина головки B Длина рабочей части l Ширина рабочей части b 3,Размеры закруглений r Расстояние между метками A Толщина рабочей части h Начальная база образца l0 Перед испытанием на образец наносят метки, ограничивающие его базу и положение кромок захватов. Нанесение меток не должно приводить к изменению свойств образца и к его разрушению по меткам. Образец закрепляют в захваты разрывной машины по меткам, определяющим положение кромок захватов на образце, так, чтобы исключить его скольжение в процессе испытания, при этом разрушение его не должно происходить в месте закрепления. Продольная ось образца должна совпадать с осью захватов и направлением движения подвижного захвата.

В момент достижения предела текучести и разрушения измеряют нагрузку и удлинение. В расчет необходимо принимать результаты, полученные на образцах, разрушившихся в пределах рабочей части.

Предел текучести при растяжении т и предел прочности при разрыве р вычисляют по формулам:

т = Pт / bh; (1.9) р= Pр / bh, (1.10) где Pт – нагрузка в момент достижения предела текучести, H; Pр – нагрузка, при которой образец разрушился, H; b, h – ширина и толщина рабочей части образца, м.

Относительное удлинение при разрыве вычисляют по формуле = l / l0 ·100, (1.11) где l – приращение образца при разрыве, мм.

За результат испытаний принимают среднее квадратичное всех параллельных определений для каждого эксперимента.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НОЖЕВОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ Для составления технической характеристики студент должен определить: мощность привода и производительность ножевого измельчителя, при дроблении отходов термопластов, используя приведенные ниже зависимости и методы, изложенные в литературе и лекционном курсе. При этом задаются следующие параметры: направление и скорость вращения ротора, величина загрузки отходов полимера, время измельчения, величина зазора между ножами, суммарная площадь отверстий сита.

B b b r Производительность ножевых измельчителей определяется по формуле Gн = 3600vS, (1.12) где v – скорость движения крошки через сечение отверстий сита, м/с; S –суммарная площадь отверстий сита, м2; = (0,5…0,8) – коэффициент полноты заполнения отверстий сита крошкой; – насыпная плотность крошки, кг/м3.

Q v =, (1.13) 3600S где Q – объемная производительность измельчителя, м3/ч.

d S = k, (1.14) где d – диаметр отверстий сменной калибрующей решетки, м; k – число отверстий в сменной калибрующей решетке.

Мощность на валу электродвигателя измельчителя Pvрz Nд =, (1.15) где P = срF – сила среза материала одним ножом ротора, Н; ср – напряжение среза материала, Н/м2;

F = l – площадь среза, м2; – толщина среза, м; l – длина ножа, м; vр = Rn / 30 – скорость вращения ротора, м/с; R – радиус действия силы среза (определяется путем геометрического измерения), м; n – число оборотов двигателя, об/мин; z – количество ножей; – КПД привода измельчителя.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






© 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.