книги из ГПНТБ / Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие

При f = const расходная характеристика k — F (d). Значения k для различных внутренних диаметров d труб при

сравнению со значением первого слагаемого в квадратных скобках, поэтому указанная формула упрощается

Рн = Рд-

При X = I

РН Рі Г 3 ^ 2

Осадительный раствор вытекает из радиальных отверстий трубы в затопленное пространство. Следовательно,

Рі^уН *,

где Нв — расстояние от зеркала осадительного раствора в ванне до радиального отверстия трубы.

а гидростатическое давление в начале трубы

Для равномерной раздачи осадительного раствора всю длину I трубы следует разбить на ряд участков одинаковой длины и найти расход осадительного раствора на каждом участке. В рассматри­ ваемом случае длина / х участка равна расстоянию между сосед­ ними радиальными отверстиями.

210

где т — число радиальных отверстий.

Определив по формуле (203) давление рн в начале трубы и зная расстояние х{ от начала трубы до всех радиальных отверстий, легко найти давление жидкости рх в сечении на любом расстоя­ нии X от начала трубы

а также и площадь сечения радиального отверстия

С

Для круглого сечения трубы

Таким образом, площадь поперечного сечения радиальных отверстий при увеличении х должно возрастать в соответствии с гиперболической зависимостью.

Выведенные зависимости можно использовать и при гидравли­ ческом расчете трубопроводов для транспортирования вискозного раствора.

Прочностной расчет трубы следует вести по максимальному внутреннему давлению рю полагая наружное давление равным нулю.

(рис. 149). На некоторых машинах участок се имеет незначительное искривление.

Для удобства обслуживания фильерной головки, а также для исключения возможности попадания раствора полимера на чер­ вяк при извлечении его из ванны закругленный участок efk рас­

211

сопряжения осевых линий, фильтр-пальца и участка Ьс следует брать больше г 2 не менее, чем в 2—3 раза.

Центральный угол, соответствующий дуге Ьс, выбирают в пре­

Эти участки предназначены для закрепления фильтр-пальца и фильерной головки.

Наружный диаметр трубки определяют из условия достаточной прочности или жесткости при заданном внутреннем диаметре трубки и давлении раствора полимера. Внутреннее давление рас­ твора полимера достигает 0,3— 1,5 Мн/м2.

Диаметр отверстия d0 трубки зависит от ее общей длины и вязкости раствора полимера. При переработке растворов с низкой

212

вязкостью диаметр отверстия можно брать равным 5—8 мм, а рас­ творов с высокой вязкостью— 10— 12 мм.

Минимальная длина развертки трубки в мм

z . = h + 2л:г2-|- (20 — 30).

Раньше трубки (червяки) изготовляли из стекла, в настоящее время — из полимерных материалов (твердого винипласта).

Толщину б стенки трубки рассчитывают по теории толстостен­ ных труб большой длины (см. расчет фильтр-пальца):

где г — внутренний радиус трубы.

Следовательно, наружный диаметр червяка d — d0 + 26.

§ 4. ПЛАВИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ФОРМОВОЧНЫЕ ГОЛОВКИ

Плавильные устройства предназначены для превращения твердого гранулированного полимера в жидкое расплавленное состояние, а формовочные головки — для транспортирования и выдавливания расплава полимера через отверстия фильеры.

В настоящее время плавление гранулированного полимера про­ изводят на обогреваемой плавильной решетке, в обогреваемом или необогреваемом цилиндре шнекового устройства. В необогреваемом шнековом устройстве тепло, необходимое для плавления гра­ нулята, выделяется при трении гранул о поверхность цилиндра и шнека.

Для обогрева плавильных решеток и цилиндров шнековых устройств применяют пары высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ); жидкие теплоносители; электрический ток (омический нагрев); индукционный ток.

Высокотемпературные органические теплоносители обеспечи­ вают заданную температуру расплава с точностью до ±1К, но они токсичны и огнеопасны.

При электрическом обогреве плавильных устройств колеба­ ние температуры расплава составляет ±1,5—2,0 К.

Плавильные устройства должны обеспечить: равномерный на­ грев гранул; заданную производительность; одинаковую и по­ стоянную температуру всей массы расплава; свободный отвод расплава от плавильной решетки и из сборника.

На рис. 150— 154 приведены конструкции различных пла­ вильных устройств с формовочными головками. Конструкция фор­ мовочной головки с плавильным устройством машины ПП-600-И подробно описана выше. Рассмотрим лишь отличительные осо­ бенности некоторых других конструкций.

Штыревое плавильное .устройство (рис. 150), применяемое для плавления гранул полиэфира, состоит из плавильной чаши 1 и полых штырей 4. Плавление гранул происходит на штырях, обо-

213

греваемых парами ВОТ, которые поступают из полости а через трубки во внутреннее пространство штырей 4. По конусному дну чаши 1 расплав стекает к центру и через отверстие а поступает

кформовочной головке.

Вплавильном устройстве, обогреваемом жидким теплоноси­ телем (рис. 151) плавильная решетка 1 имеет 1Г-образную форму. Решетка-змеевик изготовлена из трубки, по которой течет тепло-

Рис. 152. Плавильно-формовочная головка с электрообогре­ вом плавильной решетки и формовочной головки:

1 — решетка плавильная; 2 — головка формовочная; 3— элемент электронагревательный; 4 — теплоизоляция; 5 — штепсель; 6 — гильза датчиков температуры

носитель.' Такие решетки применяют на машинах ПП-600-И, ПП-ЮОО-И и др.

На рис. 152 изображена плавильно-формовочная головка с электрообогревом плавильной решетки и формовочной головки. Для более равномерного обогрева насосного блока с фильерным комплектом рубашка корпуса заполняется сплавом алюминия.

Внутри трубки плавильной решетки расположена проволоч­ ная спираль. Из-за неодинакового омического сопротивления спи­ рали по длине поверхность нагревается неравномерно. Поэтому плавление полимера следует вести не на трубках, а на решетке, изготовленной из материала с высокой теплопроводностью (серебро, алюминиевый сплав).

На рис. 153 показана плавильно-формовочная головка со шне­ ковым плавильным устройством и индукционным нагревом (фирма Циммер, ФРГ). Гранулы полимера по трубе 1 поступают в конус­ ное пространство, откуда шнек подает их вниз в направлении формовочной головки. На валу шнека 5 укреплены лопатки 4 для перемешивания гранул полимера во избежание их зависания.

215

Глубина канавок шнека уменьшается по ходу движения поли­ мера, что увеличивает давление на полимер. Шнек вращается в цилиндре, на котором находится индукционная катушка 7.

Рис. 153. Плавильно-формовочная головка со шнековым плавильным устрой­ ством и индукционным нагревом:

Формование волокна с применением плавильной решетки впер­ вые применено Дюпоном в 1937 г. Решетку из коррозионностойкой стали в виде спирального змеевика обогревали паром или электри­ чеством. Внутри трубки змеевика циркулируют пары динила или жидкий динил, а при электрообогреве внутри трубки устанавли­ вают нагревательную спираль.

216.

При обогреве динилом возможны большие потери тепла динилопроводами и котлами. Наблюдается утечка токсичных паров динила в окружающую среду. Регулирование температуры в отдель­ ной плавильной головке невозможно.

Токсичность и высокая стоимость динила при значительном его расходе требуют изыскания новых средств обогрева.

Рис. 154. Плавильно-фор­ мовочная головка с обо­ гревом парами ВОТ:

1 — рубашка обогреватель­ ная; 2 — решетка плавиль­ ная; 3 — головка формо­ вочная; 4 — насос напор­ ный; 5 — насос дозирую­ щий; 6 — головка фильер­ ная; 7 — термопара; 8 — патрубок; 9— штуцер; 10— корпус теплоизоляции

Электрообогрев значительно улучшает условия труда, позво­ ляет регулировать температуру обогрева не только отдельной головки, но и различных точек решетки. Поэтому способ электро­ обогрева наиболее перспективный.

Для предотвращения попадания кислорода воздуха в плавиль­ ную головку и окисления полиамидных гранул в зону плавления подают перегретый водяной пар или азот.

Качество расплава в основном зависит от: конструкции и материала плавильной решетки; состояния температурного поля в зоне плавления;

продолжительности пребывания расплава в зоне плавления; герметичности плавильной головки; качества гранул;

формы надрешеточного и подрешеточного пространства; расположения нагревателей; состояния теплоизоляции.

217

В связи с этим к плавильным головкам предъявляются сле­ дующие требования:

герметичность; создание и поддержание в плавильной головке таких условий,

при которых влияние кислорода, попавшего в головку, на расплав было бы минимальным; это возможно при быстром плавлении гра­ нул и отводе расплава;

получение гомогенного по вязкости расплава; пребывание полимера в зоне высоких температур не более 900 с;

поддержание одинаковых температурных условий плавления гранул и выдача в единицу времени одинаковых объемов рас­ плава;

быстрый отвод расплава из зоны плавления, во избежание обра­ зования зон застоя;

материал всех деталей, соприкасающихся с гранулами и рас­ плавом, должен быть коррозионностойким и жаропрочным;

экономичность конструкции, простота в изготовлении и удоб­ ство эксплуатации;

минимальное и одинаковое для всех масс, время пребывания расплава в головке.

Процесс плавления следует вести в течение такого времени, при котором возможен перевод гранул в жидкое состояние при минимальном изменении свойств полимера. Чем больше время пребывания полимера в расплавленном состоянии, тем ниже ка­ чество полимера, выше содержание в нем низкомолекулярных соединений, которые впоследствии должны быть удалены из во­ локна методами специальной обработки (промывка).

Наиболее ответственным узлом плавильной головки является решетка. Конструкция плавильной решетки существенно влияет на производительность головки и качество нити.

Создание решеток ^-образной формы (см. рис. 151) объясняется стремлением к увеличению площади поверхности обогрева, а сле­ довательно и производительности плавильной головки. Однако тщательное экспериментальное исследование [10] показало, что плавление гранул полимера происходит главным образом на че­ тырех верхних витках внешнего конуса плавильной решетки, а остальная часть поверхности в плавлении не участвует. Время пребывания расплава в различных точках головки неодинаково: в одних точках расплав находится в течение 30 мин, в других — более 4 ч. Температурные условия в различных точках головки неодинаковы. Разность температур в различных зонах плавления достигает 40—50 К- Максимальное время пребывания расплава наблюдается в зонах, расположенных под конусом и в межконус­ ном пространстве, а также в местах сопряжений конусной и ци­ линдрической частей головки.

В плоской плавильной решетке (рис. 154) витки спирали на­ ходятся в горизонтальной плоскости. На таких решетках плавле­ ние гранул происходит более равномерно.

218

Впоследнее время на опытных установках применяют плоские решетки в виде диска с отверстиями. Для увеличения площади обогрева диски выполняют с ребрами различной формы. Расплав занимает пространство между ребрами и отводится через отвер­ стия по специальным радиальным каналам (рис. 155).

Вработе Э. Р. Эккерта и Р. М. Дрейка [33 ] приведена формула эффективности оребрения плоских плавильных решеток

где к — коэффициент тепло­ проводности мате­ риала ребра; для ребер из алюминие­ вого сплава к =

=155,8 Вт/(м- К);

а— коэффициент тепло­

отдачи от ребра

кполимеру; (для

сивно и равномерно, если гранулы подаются в плавильную го­ ловку принудительно под определенным и постоянным давле­ нием. В качестве дозатора гранулированного полимера исполь­ зуют различные шнековые механизмы с электромагнитной муфтой в приводе к шнеку.

витками (I — толщина витка; для двухзаходного шнека I равно удвоенной толщине витка);

р — насыпная плотность полимера; ■

219