книги из ГПНТБ / Перегудов, В. В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий учебник

плавом. И, наконец, в третьей — зоне выдавливания, материал также шнеком выдавливается в виде расплава через оформляющую головку.

В каждой из трех зон экструдера для осуществления перемеще­ ния материала вдоль цилиндра необходимо, чтобы трение материа­ ла о поверхность шнека (червяка) было меньше, чем трение о поверхность цилиндра.

При несоблюдении этого условия полимер может вра'щаться вместе со шнеком и не будет продвигаться к оформляющей го­ ловке.

Коэффициент трения материала о металл зависит от состояния поверхности металла и от темпера­ туры. На рис. 68 приведена зависи­ мость коэффициента трения поли­ этилена по стали от температуры. При прочих равных условиях и тем­ пературе переработки в пределах 1*40—150° С коэффициент трения для полиэтилена высокого давления при­ близительно равен 0,50. Для того чтобы снизить коэффициент трения, например до 0,30, у поверхности

шнека, последний необходимо или дополнительно подогреть до 180—190°С или охладить до 60 — 70°С -

Учитывая изложенное, корпус цилиндра в процессе экструзии обычно подогревают, а шнек подвергают охлаждению.

Три зоны экструдера можно рассматривать как отдельные ап­ параты, соединенные в один, каждый из которых выполняет опре­ деленные операции. Такое условное деление позволяет проанализи­ ровать отдельно работу каждого аппарата (каждой зоны) и .более четко представить важность температурных условий работы. Бла­ годаря чувствительности пластических материалов к малейшим от­ клонениям температурного режима, вопросам подвода тепла к зо­ нам экструдера уделяется исключительно большое внимание.

На практике для большинства перерабатывающих пластики ус­ тановок предпочтение отдается паровому, масляному и электрнче-

170

скому методам обогрева. Иногда осуществляют косвенный электроиагрев с индивидуальной циркуляцией ВОТ.

Для всех перечисленных методов обогрева применяют в одном случае специальные нагревательные устройства, выполненные в ви­ де стальных плит, в которых при электрическом обогреве размеща­ ются электронагреватели, а при'других методах нагрева — каналы, по которым движется теплоноситель.

В другом случае каналы для движения теплоносителя или раз­ мещения в них электронагревателей делают в самом корпусе пере­ рабатывающей пластики установки. В обоих случаях принципы обогрева, а следовательно, расчета и конструирования нагреватель­ ных устройств аналогичны.

Нагревательные плиты (рис. 69) устанавливают возможно бли­ же к нагреваемым поверхностям и изолируют со стороны окружа­ ющей среды для уменьшения потерь тепла. Наиболее важное зна­ чение следует придавать вопросам размещения нагревательных элементов и терморегуляторов в конструкциях агрегата, так как неправильное размещение приводит к значительным, уже не регу­ лируемым неравномерностям температур по сечению агрегата-

ройства или плиты может быть также достигнуто установкой двух терморегуляторов. При этом один, установленный в середине, под­ ключается к средним нагревательным элементам, а другой, край­ ний, — к нагревательным элементам, расположенным по краям на­ гревательной плиты.

Зоны червячных машин по технологическим требованиям рабо­ тают в различных температурных режимах.

По данным Н. А. Козулина, в зонах экструдеров рекомендуется поддерживать температуры, приведенные в табл. 11.

171

Т а б л и ц а 11

Средние значения рекомендуемых температур по зонам шнековой машины для экструзии некоторых пластиков, "С

шины.

Цилиндр машины / обогревается электронагревателями 2. В каждой из пяти зон расположено по две секции нагревателей с индивидуальной системой автоматического регулирования темпера­ туры. Точность регулятора обычно устанавливают ± Г С . При пе­ регреве электронагревателей включается вентилятор 3, подающий

172 -

холодный воздух в пространство между нагревателями и кожухом установки. Отработанный воздух из зоны удаляется в отверстия 4. По мере снижения температуры в зоне до необходимой, заданной технологическим режимом, система охлаждения отключаетсяОт­ работанный воздух из от­ верстий 4 через специальный трубопровод выводится в- вентиляцпонную систему цеха.

Рис. 72. Схема установки нагревателей на цилиндр экструдера СК 120X1500:

/ — нагревательные элементы; 2 — клеммная коробка; 3 — тепловая изоляция; 4 — фигурные болты; 5 — отверстие для подсоединения системы воздушного охлаждения: 6 — отверстие для подсоединения системы вывода отработан­ ного воздуха

173

среды, что позволяет сократить потери тепла. На рис. 72 показана схема установки нагревателен на цилиндр экструдера LSK 120Х Х1500 фирмы «Вернер и Пфляйдерер». ФРГ.

Нагревательные элементы 1 каждой зоны цилиндра представ­ ляют собой два полукольца, отлитых из алюминиевого сплава. Длина такого нагревателя соответствует длине обогреваемой зоны. Внутри каждого полукольца вмонтированы электронагреватели

Рис. 73. Схема двухступенчатого обогрева зон экстру­ дера:

мощностью по 5,6 кет. Провода электронагревателей подведены к клеммам, размещенным в приливе полукольца. Оба полукольца нагревателя стягиваются фигурными болтами 4. Нагревательные элементы изолируют от окружающей среды изоляционными съем­ ными сегментами 3, выполненными в виде изоляционной плиты, за­ ключенной в обшивку из тонкой стали.

Снизу экструдера, под нагреватели, в отверстие 5 подается воз­ дух на охлаждение, а сверху через отверстие 6 отработанный воз­ дух по трубопроводу удаляется в вентиляционную систему цеха.

!74

Другой метод обогрева для экструдеров применяется реже. По

. этому методу корпус цилиндра машины в каждой из пяти обогре­ ваемых зон снабжается каналами для движения по ним теплоноси­ теля ВОТ.

Теплоноситель готовится в двух теплообменниках, один из кото­ рых является нагревателем, другой — холодильником, и по трубо­ проводам подается через коллектор в обогревательные каналы ци­ линдра. Принципиальная схема такого двухступенчатого обогрева по зонам показана на рис. 73.

го теплообменника с индивидуальной циркуляцией внутреннего теп­ лоносителя для каждой зоны, имеющей~отличную от других темпе­ ратуру.

Поэтому система двухступенчатого обогрева экструдеров тепло­ носителем ВОТ применяется редко.

Наиболее перспективным направлением в решении вопроса на­ грева цилиндров червячных машин является индукционный обогрев токами промышленной частоты. Для индукционного обогрева на стенки цилиндра машины надевают медные кольцевые индукторы.

При пропускании промышленного тока по индуктору (перемен­ ный ток напряжением 320—500 в и частотой 50—60 гц) в контуре стенки цилиндра машины на определенной глубине проникновения индуктируются вихревые токи, которые нагревают поверхность стенки. По мере прогрева глубина проникновения увеличивается и достигает определенной величины, зависящей от удельного сопро­ тивления и магнитной проницаемости металла, из которого выпол­ нен' обогреваемый цилиндр машины. Дальнейший нагрев более глубинных слоев цилиндра идет за счет теплопроводности. На рис. 74 показана схема установки кольцевого индуктора на цилиндр червячной машины. Подвод электрического тока условно не пока­ зан. Индукционный обогрев червячных машин, как и другого обо-

"рудования для переработки пластиков, обладает большими преиму­ ществами по сравнению с ранее применявшимися способами.

175

Температура нагрева индукторов практически не превышает

вода. Равномерное охлаждение достигается за счет заполнения во-

й

втулки; 4 —опорный подшипник втулки; 5 — неподвижный кор­

176

дой всей полости червяка, слив воды устраивают с некоторым под­ пором.

Подача воды в червяк производится через специальное устрой­ ство. Одно из таких устройств отечественного производства пока­ зано на рис. 76.

В подвижный червяк 1 ввертывается втулка 2 и закрепляется контргайкой 3. Подвижная втулка 2 вращается в неподвижном корпусе 5, опираясь на подшипник 4. Втулка изолирована от про­ хода воды через корпус. В патрубок 8, расположенный в корпусе,,

дит к патрубку 9, откуда и отбирается в слив. Таким образом, луч­ шему охлаждению подвергается конец червяка.

Принципы теплотехнического расчета экструдеров. Задачами теплотехнического расчета являются: установление температурного поля, возникающего в материале за счет подводимого тепла извне п.выделяемого при пластической деформации, а также определе­

гических уравнений течения вязкой жидкости. Этот путь достаточ­ но труден и используется в основном при конструировании новых установок.

В практике чаще проводят поверочные приближенные расчеты, которые можно выполнять по изложенной ниже методике.

Для приближенного теплового расчета экструдеров можно поль­ зоваться практическими данными, полученными при эксплуатации действующих агрегатов. Известно, что при экструзии поливиннлхлорпда за счет пластической деформации на 1 кг экструдируемого материала выделяется 70—100 ккал тепла. Если условно разделить

рез оформляющую головку. Со значительным приближением мож­ но считать выделение тепла пластической деформации равномер­ ным. На рис. 77 (кривая 1) показана приближенная зависимость количества выделенного тепла по длине экструдера. По этому гра­ фику, сравнив конечные и начальные ординаты выделенного тепла пластической деформации, определяют количество тепладля дан­ ной зоны. Так, например, количество тепла, выделенное во второй зоне, будет <2и п.д = Фгп.д—Qm.n., а для третьей С ш п . д = Р з п . д — <2'2п.д и т. д. Далее-строят кривую тепловой обработки материала по дли­ не экструдера. На рис. 77 показана примерная кривая 2 тепловой

177

обработки, построенная по данным, приведенным в табл. 11 для экструзии пластиката ПВХ (шланги, листы).

Третьим необходимым исходным параметром является часовая производительность экструдера по материалу, определяемая техно­ логическим расчетом.

Рис. 77. Принципиальные кривые температуры материала и количества тепла, выделяемого при пластической деформации во время работы неади­ абатического экструдера:

I—V — зоны экструдера: / — приближенная кривая коли­ чества тепла, выделенного за счет пластической деформа­ ции по зонам; 2— температурная кривая тепловой обра­ ботки по зонам

На основе этих данных составляют позонные и общие балансо­ вые уравнения, описывающие приближенный расход. и приход тепла.

Общее балансовое уравнение экструдера

2<Эи+2 Q n . B = G „ C p ( * K - / D ) + Q « » + Qo.B + Qoxa , ( V I 1.15)

(

Для первой зоны, где требуется поддерживать температуру по­ рядка 17° С, обогрев не производится, а выделенное тепло, если име­ ется, отводится охлаждающей водой из полости червяка.

Во второй зоне (см. рис. 77) материал нагревается от tU2 до t„z- Это тепло поступает за счет выделенного при пластической дефор-

'мацип и равного СЬп-.д—Qm.;t и тепла, подводимого извне, обогрева­ телями зоны. Учитывая потери, уравнение теплового баланса для второй зоны будет иметь вид

Аналогично составляют уравнение тепловых балансов для третьей,

179