Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и технология вторичной переработки отходов упаковки. Лабораторный практикум
.pdf
%
100
75
50
25
0
100 300 500 700 900 1100 1300 dμ [мкм]
Рис. 7.2. Гистограмма гранулометрического состава
Провести сравнительную характеристику гранулометрического
состава полученного в зависимости от скорости вращения мешалки, концентрации водного раствора стабилизатора и др.
7.2.3. Методика проведения экспериментальных исследований
1. Приготовить раствор суспензии из 6 %-ного раствора стабили-
затора и воды.
2.
Залить подготовленный раствор в реактор.
3.
Подготовить углеводородную смесь, смешивая инициатор, стирол
и биоразлагаемые добавки в отдельной ёмкости до полного растворения
компонентов в мономере по заданию преподавателя.
4.
Установить температуру процесса полимеризации по заданию
преподавателя.
5.
Включить обогрев реактора.
6.
Залить углеводородную смесь в реактор.
7.
Включить электродвигатель и установить частоту вращения
мешалки по заданию преподавателя.
8.
В течение процесса получения биоразлагаемого материала изме-
рить величину мощности, расходуемой на процесс полимеризации и температуру смеси.
9.
Для определения кинетики процесса полимеризации осуществить
анализ проб, отбираемых из реактора спустя 40 минут после выхода
на заданный температурный режим и через каждые пять минут.
10.
После окончания процесса полимеризации пропустить получен-
ный полимер через фильтр.
11.
Высушить полученный биоразлагаемый полимер в сушильном
шкафу при температуре 60…80 °С.
61
12. Определить выход полимера.
Определить гранулометрический состав полимера.
13.
14.
Полученный биоразлагаемый 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 2.2.3
лабораторной работы 2.
15.
Полученные результаты занести в табл. 7.1 и построить графи-
ческие зависимости N = f
(u), I = f (u), σт и σр = f (u), ε = f (u) по заданию
преподавателя.
7.3. Составление технической характеристики
Изучив конструкцию экспериментальной установки и сделав соответствующие замеры, студенты должны составить техническую характеристику оборудования, включающую в себя следующие позиции: объём
реактора; тип мешалки; регулирование скорости; обогрев реактора; температура процесса полимеризации; тип и характеристика привода, в том
числе тип электродвигателя, его мощность, скорость вращения выходного
вала, тип и характеристика пер
едачи; габаритные размеры; вес.
7.4. Содержание отчёта
1. Краткие сведения по типам и конструкциям оборудования для
получения стирола в суспензии, их конструктивные особенности, назначение, параметрические расчёты (схемы, эскизы, расчётные формулы по
литературе). Раздел выполняется в процессе подготовки к лабораторной
работе по рекомендуемой литературе.
2.
Кинематические схемы экспериментальной установки.
3.
Измерения основных технологических параметров процесса по-
лимеризации (температуры процесса, процентного соотношения стирола,
стабилизатора и инициатора, времени процесса полимеризации, мощности, расходуемой на процесс смешения).
4.
Гистограммы гранулометрического состава.
5.
Определение выхода полимера.
6.
Определение физико-механических и технологических свойств
полученного композиционного материала.
7.
Таблица 7.1, графические зависимости и выводы по проведённой
работе.
8.
Составление технической характеристики.
62
7.1. Результаты экспериментальных исследований
Характеристики,
u, об/мин
60
80
100
t,
N,
Вт
°С
мин
T,
,
Сс,
С
и
%
dгр,
%
мкм
А,
%
I,
г/10 мин
σт,
МПа
σр,
МПа
7.5. Контрольные вопросы
1. Назначение и классификация оборудования для получения поли-
стирола суспензионным способом.
2.
Каковы особенности полимеризации в суспензии как техническо-
го метода?
3.
Для каких целей используются различные мешалки?
4.
Назовите инициаторы и стабилизаторы, которые используются
при суспензионной полимеризации.
5.
Назовите основные направления создания биоразлагаемых поли-
меров.
6.
Какие параметры оборудования варьируются в процессе получе-
ния биоразлагаемого полимера?
7.
Какие параметры оказывают влияние на энергозатраты в процессе
полимеризации?
8.
Назовите факторы, оказывающие влияние на гранулометрический
состав и на физико-механические свойства полученного материала.
9.
Какие бывают и на что влияют биоразлагаемые добавки, исполь-
зуемые в процессе создания материала?
ε,
%
63
Лабораторная работа 8
ДЕВУЛКАНИЗАЦИЯ ОТХОДОВ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ С ПОЛУЧЕНИЕМ ДЛИННОМЕРНЫХ
Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы
оборудования, предназначенного для непрерывной девулканизации резиновой крошки с получением длинномерных цилиндрических заготовок;
составление технической характеристики оборудования; определение
технологических и физико-механических показателей длинномерных
закатовок из резиновой крошки.
Оборудование и материалы: экспериментальная установка для полу-
чения длинномерных цилиндрических закотовок из резиновой крошки,
резиновая крош
По литературным источникам [28 – 30] ознакомиться с назначением,
принципом действия, классификацией и особенностями конструкции оборудования для непрерывной девулканизации резиновой крошки. Изучить
теорию процесса девулканизации, существующие способы и методы расчёта параметров экструзионного оборудования. Изучить технологию получения длинномерных профильных заготовок [28 – 30].
В промышленности накоплен громадный практический опыт по переработке различных каучуков и резин
почти не систематизирован, отсутствуют какие-либо конкретные математические зависимости, позволяющие вводить эффективное автоматическое управление технологическими процессами и их оптимизацию с помощью ЭВМ, а также прогнозировать поведение резиновых смесей на
конкретном производственном оборудовании по результатам лабораторных испытаний. В литературе появляются сообщения о том, что такая
раб
ота ведётся, но ещё не получила необходимого развития и далека от
своего завершения.
Прогнозирование и рациональное построение таких перспективных
технологических процессов и проектирование соответствующих режимов
должно основываться на расчётно-аналитических методах, базой которых
является математическое и статистическое описание химико-технологических процессов с использованием теории подобия, моделирования и
средств вычи
экономный лабораторный эксперимент [1].
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
ка.
8.1. Предварительная подготовка
овых смесей. Однако этот опыт
слительной техники, а также рационально спланированный
64
Много полимеров – много отходов. Тут есть две проблемы – экономическая и экологическая. Экономическая проблема ясна: нужно постараться вновь использовать отходы в качестве сырья. К сожалению, до сих
пор подавляющее большинство полимерных отходов сжигают на свалках
или на специальных заводах по сжиганию отходов. Тут уместно вспомнить слова английского ученого Джеймса Баттона: «Одно из дву
х, либо
человечество сделает так, чтобы было меньше дыма, либо дым сделает
так, чтобы было меньше людей». Итак, сжигать отходы полимеров – это
плохо и невыгодно.
Следует помнить, что нефть (основной источник полимеров) становится все дороже, за ней следует идти всё дальше (на север, в море, в пустыню и т.д.) и гл
убже. Настала пора решительной экономии. Есть один
выход – наладить вторичную переработку всех полимерных отходов (это
программа максимум). К сожалению, тут есть много проблем.
Одна из них – это сортировка полимерных отходов перед вторичной
переработкой, так как многие полимеры не смешиваются (как вода и масло) и их совместная вт
оричная переработка даст полимерную смесь с пло-
хими механическими свойствами.
Вторая проблема – износ полимера при первичной эксплуатации.
Полимер стареет (окисляется, деструктирует) и нужно знать, насколько он
постарел. Это важно для того, чтобы решить задачу (дилемму): использовать ли только этот полимер по второму разу или добавлять его к новому
(свежему) по
лимеру, а если добавлять, то сколько?
С помощью процесса ультразвуковой девулканизации возможна утилизация широкого спектра РТИ, что сказывается не только на положительной экологической составляющей, но и на повышении рентабельности производства. При проектировании данной установки учитывался
положительный опыт применения данной технологии, как иностранных
исследователей, так и отечественных. В осно
ве данного процесса переработки лежит ультразвуковая девулканизация, при которой каучук РТИ
преобразуется, используя механические процессы, термическую энергию
и энергию ультразвуковых волн, в такое состояние, в котором он может
смешиваться, обрабатываться и вновь вулканизироваться. Принцип этого
процесса – девулканизация, которая заключается в разрушении межмолекулярных связей химической структуры, таких как у
глерод–сера (C–S)
или сера–сера (S–S). Они придают РТИ долговечность, эластичность и
устойчивость к растворителям.
Процесс ультразвуковой девулканизации довольно быстрый, простой, действенный и не требует растворителей и химических добавок.
Девулканизация длится секунды и может привести к необходимому раз-
65
рушению сернистых связей в вулканизованной резине. Процесс также
годится для изменения структуры (с перекрещенными связями) резины и
пластиков не содержащих пероксидов, а также является весьма перспек-
тивным, особенно в последние два десятилетия. В большом масштабе
утилизация отходов резины возможна благодаря смешиванию с термопластами и грамотному применению в качестве наполнителя в асфаль
т или
цемент.
8.2. Порядок проведения работы
1. В лаборатории на рабочем месте ознакомиться с конструкцией
экспериментальной установки. Составить кинематическую схему, описать
принцип действия, назначение, особенности работы.
2.
Ознакомиться с технологическим процессом получения длинно-
мерных цилиндрических заготовок, получить экспериментальные образцы
при различных режимах работы экструдера (при варьировании частоты
вращения червяка, температуры процесса девулканизации) по указанию
преподавателя с воздействием и без воздействия ультразвука.
3.
Определение показателей качества экструдата (степень девулка-
низации и диаметр заготовки) органолептическим способом.
4.
Определить степень девулканизации резиновой крошки в полу-
ченных длинномерных заготовках.
5.
Определить физико-механические свойства полученных длинно-
мерных заготовок (предел текучести при растяжении, относительное
удлинение и предел прочности при разрыве).
6.
Определить мощность, расходуемую на процесс получения длин-
номерных заготовок.
7.
Составить техническую характеристику применяемого оборудо-
вания.
8.2.1. Описание конструкции экспериментальной установки
Работа проводится на экспериментальной установке, схема которой
изображена на рис. 8.1.
Экспериментальная установка (рис. 8.1, 8.2) представляет собой экструдер, содержащий специальную вставку с установленным в ней ультразвуковым излучателем. Установка выполнена на базе экструдера МЧХ-32.
Вставка между формующей головкой и цилиндром оснащена ультразвуковым излучателем 14, которой также позволяет влиять
на размеры поперечного сечения экструд
ата, путём изменения времени и
частоты воздействия (21…22 кГц) на получаемые резинотехнические
заготовки.
66
Экспериментальная установка на базе червячной машины МЧХ-32/10
4 5 6 8 2 3 13
11 10
9 14 7 4 12
(рис. 8.1, 8.2) для изучения процесса девулканизации резиновых отходов
с целью повышения эффективности повторного использования материалов работает следующим образом: измельчённые частицы резины загружаются в загрузочный бункер и затем подаются в экструдер, червяк которого механически проталкивает и деформирует их. Это механическое воздействие разогревает част
ицы и размягчает резину. При прохождении
размягчённой резины через полость экструдера она подвергается воздействию ультразвуковой энергии. Сочетание тепла, давления, ультразвукового воздействия и механического перетирания является достаточным для
достижения различных степеней девулканизации.
1
Рис. 8.1. Экспериментальная установка
для исследования процесса девулканизации резиновой смеси:
1 – шнек; 2 – цилиндр; 3 – формующая головка; 4 – загрузочное устройство;
5 – привод шнека; 6 – редуктор; 7 – термостат; 8 – электродвигатель;
9 – дорнодержатель; 10 – ванна с теплоносителем; 11 – прижимные ролики;
12 – экструдат; 13 – цифровая фотокамера; 14 – ультразвуковой
излучатель c экраном; TE – датчики температуры; PE – датчик давления;
A – амперметр; V
– вольтметр
67
Рис. 8.2. Экспериментальная установка для исследования
процессов экструзии под влиянием ультразвука
Важным элементом в конструкции экспериментальной установки является формующей узел, где устанавливается волновод ультразвукового
преобразователя рис. 8.3.
Рис. 8.3. Общий вид формующего узла с переходником
для крепления волновода ультразвука:
1 – корпус формующей головки; 2 – переходной фланец; 3 – переходник; 4 – гайка
крепления волновода; 5 – волновод ультразвука; 6 – система крепления датчика
давления; 7 – штуцеры; 8 – болты; 9 – зажимная гайка; 10 – центрирующие винты
68
8.2.2. Экспериментальные исследования
процесса экструзии с применением ультразвука
1. В качестве объекта исследования принят неизотермический про-
цесс экструзии резиновой смеси (шифр 46ПРФ-26) на экспериментальной
установке, представленной на рис. 8.1.
Параметры резиновой смеси 46ПРФ-26 и технологический режим
2.
процесса экструзии: температура цилиндра и шнека T
тура резиновой смеси на входе в винтовой канал T
Эксперимент проводился следующим образом. Резиновая смесь
3.
= 50 °C; темпера-
ц
= 45 °C.
см. вх
46ПРФ-26, приготовленная в центральной заводской лаборатории
ОАО «АРТИ-Завод» г. Тамбова, с известными свойствами резалась на
ленты шириной 20 мм и наматывалась на загрузочный барабан экспериментальной установки. Далее установка в течение 30 минут разогревалась
(выход на режим) и производилась серия экспериментов, которые заключались в по
лучении образцов в течение 5, 10, 15 секунд с фиксированной
частотой вращения ω = (5,10; 20; 30) об/мин для каждого диаметра мундштука d = (8,4; 10,4; 18) мм. Также снимались следующие параметры:
– температура выхода экструдата, которая измерялась игольчатой
T
см. вых
термопарой, вмонтированной в формующую головку, °С; P – давление,
которое снималось с датчика часового типа, дел.; I – потребляемый ток,
измеряемый с помощью амперметра, А; Q – производительность шнековой машины, получаемая взвешиванием каждого полученного образца
[г / 30 с] и переводом в [кг/ч]; ν – частота ультразвуковой установки, Гц.
ходе из оформляющего канала производили измерение диаметра
На вы
в нескольких определённых местах, после охлаждения образцов измерения диаметров сечения экструдата проводились в тех же точках, что позволило рассчитать относительное изменение диаметра образца до и после охлаждения. После этого физико-механические показатели и размеры
образцов, полученные с применением ультр
азвука, сравнивались с теми
же показателями образцов без воздействия ультразвука.
8.2.3. Методика проведения эксперимента и
определение оптимальных режимов работы экструдера
В процессе экспериментов выбирались различные технологические
режимы экструзии и конструкции выходных каналов формующего инструмента с целью уменьшения значения относительного изменения поперечного сечения экструдата (отношение разности диаметров экструдата и
69
мундштука к диаметру мундштука) до возможно минимального. Также
варьировались значения рабочих температур в экструдере при частоте
ульразвуковой установки 21
756 Гц и времени воздействия 5, 10, 15 с.
В результате исследований были получены результаты, представлен-
ные на рис. 8.4 – 8.7.
При этом были выбраны такие технологические параметры и аппаратурное оформление, которые придают длинномерным РТЗ требуемые физико-механические показатели.
Для повышения физико-механических характеристик длинномерных
РТЗ был выбран способ воздействия на материал ультразвуковыми волнами, чт
о привело к уменьшению разбухания резиновой смеси на выходе
из экструдера при сохранении деформационных характеристик на уровне
допустимых значений для данного продукта и улучшило триботехнические характеристики материалов. Рост напряжений в полимерной композиции при малых деформациях реализуется при непродолжительном воздействии ультразвука на неё, что открывает новые возможности применения данно
го метода в практических целях.
2
1,8
1,6
/c
3
1,4
1,2
1
0,8
0,6
установки Q, м
0,4
0,2
Объёмная производительность
0
70
Рис. 8.4. Зависимость производительности экструдера Q
без и с применением ультразвуковых колебаний
-▲- – с применением ультразвука при d
- - – с применением ультразвука при d
10 20 30
n, число оборотов шнека в мин
от частоты вращения шнека n:
– без ультразвука при d
– без ультразвука при d
= 10,4 мм, l = 39 мм;
м
= 10,4 мм, l = 39 мм;
м
= 18 мм, l = 55 мм;
м
= 18 мм; l = 55 мм
м
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]