Проект цеха по производству полиэтиленовых пленок методом экструзии с последующими вытяжкой и раздувом рукава

Поз.	Наименование	Количество
	Оборудование: Линия "900" в составе:
1	Пресс червячный в комплекте.	1
2	Эстакада с лестничным маршем и ограждениями.	1
3	Кольцевая экструзионная головка в комплекте.	1
4	Установка для формирования рукавной пленки в комплекте.	1
5	Механизм намотки.	1
6	Электрошкаф с пультом управления.	2
7	Устройство контроля ширины рукава	1

В используемой линии применяется отношение длины шнека к диаметру 33/1, что позволяет сократить пульсации расплава, и, тем самым улучшить качество пленки, однако увеличивает себестоимость её изготовления за счет больших энергетических затрат, необходимых для вращения более длинного шнека.

Рисунок 2.1 - Экструзионная линия ВМ-900

Для получения из исходного сырья однородного расплава, который может быть экструдирован через кольцевую головку, используется экструдер. Его принципиальная схема приведена на рисунке 2.2

Основным рабочим органом экструдера является вращающийся шнек (5), расположенный в корпусе материального цилиндра (7). Вращение шнека через редуктор (2) обеспечивается электродвигателем (1), позволяющим осуществлять бесступенчатое регулирование числа его оборотов. Осевое усилие, возникающее при экструзии, воспринимается упорным подшипником (14). Транспортирование поступающего из бункера (3) пресса через загрузочную воронку (4), гранулята вдоль оси материального цилиндра с целью его плавления, гомогенизации и последующего продавливания полученного расплава через формующий инструмент осуществляется в межвитковом пространстве шнека. Плавление гранулята осуществляется за счет тепла, поступающего от шнуровых нагревательных элементов(9), расположенных на наружной поверхности корпуса, которые разбиты на четыре зоны обогрева, температура которых по мере поступления увеличивается и контролируется автоматически терморегуляторами, через установленные на пульте управления соответствующие термодатчики(6)

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема одношнекового экструдера

Для предотвращения налипания гранулята на поверхности шнека пресса и образования пробки в зоне загрузки, цилиндр пресса оснащен рифленой втулкой, а также системой охлаждения этой зоны, что позволяет в значительной степени уплотнить гранулят перед поступлением его в зону плавления шнека.

Для обеспечения непрерывного поступления полимерного сырья в загрузочную воронку пресс оснащен специальным загрузочным бункером, периодически наполняемым вручную или с помощью системы внутрицехового распределения сырья.

Из червячного пресса расплав полимера через решетку (13) с набором сит (10) поступает в кольцевую экструзионную головку (11) и далее в мундштук (12)

Подшипниковый узел (14) предназначен для восприятия осевого усилия, возникающего на его оси при продавливании расплава полимера через формующий инструмент. Подшипниковый узел представляет корпус под роликоподшипник упорный сферический, один конец вала которого вставляется в тихоходный вал доработанного двухступенчатого редуктора, во второй конец вставляется цапфа шнека.

Узел загрузки состоит из загрузочной воронки и корпуса гильзы. Загрузочная воронка предназначена для подачи материала в пресс.

Воронка состоит из бункера, фланца присоединения к корпусу гильзы, рифленой гильзы, коллектора и корпуса.

Корпус гильзы является одной из основных сборочных единиц пресса, в котором происходят основные процессы переработки материала, измельчения полимера. Бункер предназначен для непрерывной подачи гранулированного материала в загрузочную воронку пресса. Для прекращения подачи гранул в пресс нижняя часть бункера оснащена заслонкой. Для выгрузки полимера имеется горловина с пробкой.

Качество получаемой пленки и производительность установки для её производства во многом определяются конструкцией формующей головки. Именно от головки зависит размерная точность пленки, её физико-механические показатели, а также качество подготовки расплава и работа экструдера в целом. Поэтому к конструкции и качеству головки предъявляются следующие требования:

Гидравлическое сопротивление формующей головки должно обеспечивать оптимальную производительность экструдера и гомогенность расплава при его подготовке в экструдере.

Формующие каналы головки должны обеспечить равномерный выход расплава по периметру формующей щели по толщине, температуре и скорости. При этом факторы, определяющие так называемую память расплава, а именно разность величины и скоростей деформации по периметру, должны быть сведены к минимуму.

Каналы головки при формировании заготовки не должны иметь застойных зон, так как материал, долго находящийся при высокой температуре в головке, начинает разлагаться.

При заданной производительности скорости экструзии в каналах головки не должны превышать критические для сохранения качественной поверхности экструдируемого расплава на выходе из головки (поверхность экструдата должна быть гладкой).

Конструкция головки должна быть легко разборной и обеспечивать заданную точность размеров каналов во всех сечениях при заданных давлениях и температурах. Эти требования вызваны необходимостью частой чистки головки, которую осуществляют как при переходе с одного материала на другой, так и при образовании налета разложившегося полимера при длительной работе на одном материале.

Поверхности контакта головки с расплавом должны быть устойчивы против коррозии и иметь незначительную шероховатость, которая уменьшает вероятность образования налета на стенках каналов головки. Это увеличивает срок службы головки и повышает размерную точность.

Обогрев (охлаждение) головки должен обеспечивать равномерное температурное поле по периметру. Следует учитывать, что неравномерное температурное поле окружающей среды вызывает отклонение геометрических размеров и физико-механических свойств заготовки по её периметру (например, в случае применения угловой головки с червячным прессом и фильтром тепловой поток со стороны обогрева фильтра вызывает изменение температуры корпуса головки при работе в адиабатическом режиме.) При конструировании головок с охлаждением или термостатированием формующей щели температура носителя на входе в каналы не должна превышать температуру на выходе более чем на 10-20. °С, что достигается увеличением расхода теплоносителя.

Самой распространенной головкой, используемой для экструзии с раздувом, является головка со спиральным дорном [8]. В такой головке расплав полимер распределяется по спиральным каналам, глубина которых уменьшается в направлении течения. Широкое использование головки со спиральным дорном обусловлено тем, что она работает при низком давлении и при этом достигается хорошее распределение потоков расплавов.

Наиболее простой и часто встречающийся тип головки - угловая вращающаяся головка с центральным подводом расплава. Конструкция головки этого типа показана на рисунке 2.3

Угловая вращающаяся головка с центральным подводом и спиральным распределителем расплава состоит из корпуса (6), внутри которого установлен спиральный распределитель (8) с закрепленным на нем болтами (2) дорном (3). Расплав поступает от экструдера в центр головки и затем через радиальные каналы в винтовой распределитель (8), где, перемешиваясь равномерно, распределяется по периметру формующей щели. Распределительные системы в форме вешалки тянутся по всему периметру и переходят в спиральные каналы, глубина которых сходит на нет. На спиральном участке глубина канала постепенно уменьшается, а зазор между дорном и корпусом увеличивается, что приводит к разделению расплава на два потока, первый из которых движется в осевом направлении между спиралями, а второй продолжает двигаться по спирали. При этом в любой точке выходного кольцевого зазора течение расплава складывается из тангенциальных течений из всех каналов распределительной системы, благодаря чему стыков не образуется и достигается высокая термическая однородность расплава. Детали головки обогреваются снаружи электронагревателями (7) с автоматическим регулированием и контролем температуры.

Рисунок 2.3 - угловая вращающаяся головка с центральным подводом расплава и спиральным распределителем

Для размещения в головке магистралей подачи и отвода воздуха вовнутрь рукава в головке предусмотрены каналы (а). При необходимости головку можно снабжать устройством для её вращения. Вращение корпуса и распределительных каналов головки (корпуса (6) совместно с матрицей (4) и дорном (3)) позволяет получать равноплотную намотку пленки в рулон, кроме того, вращение головки уменьшает разнотолщинность пленки по ширине. В связи с этим вращающиеся головки используют в линиях для производства пленок, которые затем подвергают последующей сварке, нанесению рисунков, и т.п. В этом случае верхняя часть головки (включая корпус, матрицу, дорн и спиральный распределитель) подвижно закреплена в подшипниковом узле (10). Для центровки корпуса головки служит выступ (13), который входит во втулку (14), выполненную из износостойкого материала. Гайкой (11) через подшипник выступ (13) прижимается своей нижней частью к поверхности втулки, создавая давление, необходимое для исключения вытекания расплава из канала. По мере изнашивания выступа (13) или втулки (14) гайку (11) подтягивают.

Крутящий момент от электропривода (12) через шестерню (9) передается на корпус головки. При непосредственном присоединении системы нагрева головки к системе питания происходит осциллирующее вращение корпуса головки на 270ч360°. При сборке головки последовательно измеряют точность зазоров между корпусом (6) и распределителем (8), а также точность формующего зазора, образованного дорном (3) и матрицей (4) . Практика показывает, что точность выполнения деталей формующей головки не должна быть ниже второго класса. Величину формующего зазора дополнительно регулируют изменением положения матрицы (4) с помощью регулировочных болтов (1). Такая регулировка необходима для выравнивания расхода расплава полимера по периметру щели; как правило, это необходимо из-за неравномерности температурного поля по сечению канала на входе в головку, разного деформационного состояния расплава после прохождении головки и иных факторов. В связи с этим регулировку формующего зазора осуществляют после выхода машины на заданный температурный режим и экструзии расплава через головку в течение 20ч30 минут. Для обеспечения возможности регулирования зазора в процессе работы установки усилие затяжки болтов (5) должно быть достаточно для предотвращения утечек расплава и не должно превышать усилия, развиваемого регулировочными болтами (1) [4]

Экструзионная линия ВМ-900 комплектуется на выбор головкой с диаметром фильеры в 100, 150 или 200 мм. Исходя из рекомендуемой для ПЭ степени раздува, лежащей в пределах 3ч6 [1] и ширины рукава 800 мм, выбираем головку с диаметром фильеры в 150 мм.

2.4 Технологическая схема производственного процесса

Производство рукавной пленки осуществляется экструзией расплава через угловую кольцевую головку методом "снизу вверх" с последующим раздувом и вытяжкой получаемой заготовки в рукавную пленку, её охлаждением, складыванием и намоткой в рулоны. Сырьем для получения рукавной пленки служит гранулированный полиэтилен высокого давления марки ПЭВД 15803-020.

Технологическая схема производства изображена на рисунке 2.3[14]

Основными стадиями технологического процесса являются подготовка сырья, пластикация полимера, формование рукавной заготовки, раздув заготовки и образование рукава (пузыря), его охлаждение и складывание в полотно, контроль качества пленки.

Подготовительные операции включают разгрузку и сушку полимера, и смешение его гранул с добавками - красителем и модифицирующими добавками.

Полиэтилен поступает на предприятие автомобильным транспортом в мешках. Мешки расположены на паллетах и обмотаны пленкой; в каждом мешке содержится 25 кг полимера, на паллете размещается 12 мешков. На предприятии имеется склад сырья, представляющий собой площадку с рядами стеллажей. Исходя из количества потребляемого в сутки сырья и необходимости наличия на складе 10 суточного запаса сырья, на складе должно иметься место для размещения не менее 170 паллет. В холодное время года поступивший на склад полимер перед переработкой должен быть выдержан при температуре цеха на протяжении не менее чем 12 часов.

Поступающий на склад полимер подвергается входному контролю, в процессе которого исследуется и сравнивается с паспортными данными ряд технологических параметров полиэтилена, таких, как ПТР и плотность, а также проверяется однородность полимера в партии.

Гранулированный полиэтилен из складских емкостей (1) централизованным пневмотранспортом поступает в промежуточные емкости (3) объемом 3ч5 м³, устанавливаемые на технологических площадках над бункерами экструзионных агрегатов. Из этих емкостей порциями сырье через дозирующее устройство (5) и магнитный уловитель металлических частиц (6) поступает в бункер экструдера. (8)

Вместо крышки бункер экструдера затянут тканью во избежание сброса полимерной пыли в помещение. Бункер экструдера имеет увеличенный объем (0,5 м³) и к нему подсоединен вентилятор и электрообогреватель воздуха, предназначенный для подсушки и подогрева гранул полиэтилена. Устройство подогрева обеспечивает нагрев гранул до 60 °С

Для ввода в сырье различных добавок на этой же технологической площадке предусмотрены промежуточные емкости (4) объемом около 0,5 м³. Конкретная марка сырья, суперконцентрата и добавок для каждого типоразмера пленки определяется технологической службой цеха и указывается в сменном задании ежедневно, для каждой смены отдельно.

	Рис. 2.3 - Технологическая схема установки для производства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх. 1 - емкости для хранения сырья; 2 - цистерна; 3 - промежуточная емкость для полиэтилена; 4 - промежуточные емкости для добавок; 5- устройство для дозирования 4-х компонентов; 6 - прибор для обнаружения металлических частиц; 7- устройство для подсушки и подогрева гранул; 8 - экструдер; 9 -головка; 10 - приемно - тянущее устройство; 11 - прибор для активации поверхности пленки; 12 - режущее устройство; 13 - намоточные устройства; устройство для снятия статического электричества

Пластикация полимера. Параметры используемого для пластикации экструдера перечислены в таблице 3.4. Материальный цилиндр обычно имеет 4 зоны обогрева, причем температура должна регулироваться с точностью ±(1ч1,5)°С.

Температура по зонам цилиндра приведена в таблице 2.6

Таблица 2.6 - Температурный режим переработки ПЭ марки 15803-020 [16]

Марка ПЭВД	ПТР, г/10 мин	Температура по зонам
		Экструдер	Фильтр	Переходник	головка
		1	2	3	4			1	2
15803-020	2	110	120	130	140	140	145	150	155

Гранулы полимера захватываются вращающимся шнеком диаметром 45 мм и перемещаются вдоль оси материального цилиндра по винтовому каналу шнека. В процессе перемещения вдоль цилиндра полиэтилен разогревается за счет трения, а также за счет подвода тепла от обогревателей экструдера.

В загрузочной зоне цилиндра экструдера установлена нарезная втулка, которая обеспечивает лучший захват гранул полимера шнеком.

Зона загрузки экструдера охлаждается водой для того, чтобы не допустить преждевременного плавления полимера и засорения им загрузочного отверстия.

Шнек сжимает, перемешивает и выдавливает расплав через решетник с пакетом фильтрующих сеток. Сетки предотвращают попадание крупных загрязнений и непроплавов в пленку. Пакет фильтрующих сеток заменяется при возрастании давления расплава перед фильтром до 300ч320 бар. Для осуществления замены необходима полная остановка экструдера.

Следует учитывать, что процесс продвижения материала вдоль цилиндра сопровождается выделением тепла за счет механической работы, поэтому возможен перегрев расплава по сравнению с заданием.

Формование рукавной заготовки происходит в рукавной головке (9), в которую поток расплава полимера поступает из экструдера и затем выдавливается из кольцевого оформляющего зазора. С этой целью используют угловые прямоточные головки с диаметром кольцевого зазора 100, 150 или 200 мм. Для калибровки щелевого зазора и регулирования толщины пленки предусмотрены специальные центрующие болты. Головка, как правило, конструктивно тяжела в разборке, поэтому для чистки экструзионной щели используют специальный скребок, изготовленный из алюминия, латуни или титана. При невозможности очистки головки с помощью скребка для увеличения зазора в зоне загрязнения и улучшения доступа к щели подвижное наружное кольцо сдвигают в сторону.

Головка разделена на независимые зоны обогрева, которые нагреваются с помощью электронагревателей. Подвод расплава внутрь головки осуществляется посредством центрального канала и радиальной распределительной системы к заходам канавок спирального распределителя. Потоки расплава текут одновременно по спиральной траектории и через гребень спирали, благодаря чему смежные потоки накладываются друг на друга, предотвращая образование спаек. Итоговый кольцевой поток выходит наружу вверх по зазору между наружным и дроновым фильерными кольцами.

Раздув заготовки и образование пузыря. Выходящая из кольцевой экструзионной головки исходная рукавная заготовка непрерывно формируется (раздувается) в рукавную пленку за счет избыточного давления воздуха, находящегося в замкнутой полости рукава, образованной сомкнутыми валками тянущего устройства. Воздух в полость исходной рукавной заготовки подается через центральное отверстие дорна экструзионной головки на стадии запуска технологического процесса при "заправке" рукава между валками тянущего устройства. Объем воздуха в полости рукава в течение реализации технологического процесса остается постоянным.

Выходящий из щелевого зазора расплав оформляют в виде пузыря, зажав верхнюю часть и завязав ее шнуром, который пропускают через приемные валы.

Охлаждение принимаемого вверх пузыря и его складывание в двухслойное полотно.

Для вытяжки рукава из зоны его формования используется механизм вытяжки (10), состоящий из двух валков, один из которых стальной, а второй, прижимной, имеет обрезиненную поверхность. Стальной валок устанавливается стационарно и вращается от электропривода. Скорость вращения регулируется бесступенчато с помощью частотного преобразователя. Обрезиненный валок прижимается к стальному валку с помощью пары пневмоцилиндров.

Поднимающееся вверх тепло от остывающего рукава затрудняет его охлаждение и переход полимера в твердое состояние. Для предотвращения слипания пленки в двухслойном полотне в зазоре между тянущими валками отводящего устройства она должна быть охлаждена до температуры на 25ч 30.°С ниже температуры размягчения перерабатываемого полимера.

Для охлаждения пленочного рукава над поверхностью головки установлено обдувочное кольцо. Подача воздуха осуществляется путем его забора вентилятором воздуходувки, нагнетания в ресивер, а из него по специальным шлангам - в обдувочное кольцо, положение которого можно регулировать по горизонтали. Внутри кольца имеется лабиринт для выравнивания потоков воздуха на выходе. Выход воздуха из кольца осуществляется через 2ч3 щели - одна у самого выходной щели расплава, вторая - большего радиуса и закрыта наклонным пробивным ситом. Воздух, выходящий у начала рукава, может раскачивать и заполаскивать пленку, поэтому его расход внимательно контролируют, либо, уменьшая общее количество поступающего на охлаждение воздуха с помощью шибера у всоса воздуходувки, либо перераспределяя поток таким образом, чтобы большая его часть выходила через большую выходную щель. Второй способ более эффективен для рукавов большой ширины.

Для предотвращения самопроизвольных колебательных движений пузыря в касательном направлении применяют стабилизаторы различной конструкции, в том числе и охлаждающие в виде бандажей, концентричных геометрической оси формующего зазора головки.

Управление работой линии осуществляется специальным автоматическим пультом контроля управления, смонтированным в электрошкафу.

Для эксплуатации и обслуживания оборудования, проведения монтажных, пуско-наладочных и ремонтных работ линия оснащена специальной эстакадой. Для обеспечения производства и намотки рукавной пленки в полотно использован приводной механизм намотки.

Окончательная обработка рукава. Наполненный воздухом рукав медленно по направляющим пластинам поднимают вверх в зазор между приемными валками. Отвердевшую часть рукава обрабатывают коронным разрядом (11) для увеличения адгезии к красителям, отрезают на специальном устройстве (12). Из тянущего устройства через систему отклоняющих валков рукавная пленка попадает на намоточное устройство (13) , где наматывается на бобины в рулоны. Для предотвращения смещения торца рукава в процессе вытяжки используется устройство, обеспечивающее фиксацию рукава по вертикали. При намотке шпуля, надетая на внутренний стальной вал, катится по поверхности гуммированного приводного валка. Переход со шпули на шпулю осуществляют поперечной резкой ножом и перезаправкой конца пленки. намотка должна осуществляться при температуре не выше 60°С, так как в противном случае пленка может подвергаться деформации.

Для обеспечения соответствия готовой продукции требованиям ГОСТ и ТУ выпускаемая пленка подвергается испытаниям в лаборатории ОТК.

Возвратные отходы, такие, как обрезки рукава, брак измельчаются и добавляются к исходному сырью в количестве не более 5%, что допустимо для пленок толще 80 мкм, согласно ГОСТ 10354-82 . При этом качество пленки должно отвечать всем требованиям НТД. Критерием для этого является внешний вид и физико-механические свойства пленки.

В целом, производство рукавной полиэтиленовой пленки методом экструзии с последующим раздувом может считаться малоотходным производством.

Готовые рулоны взвешивают, снабжают этикеткой, ставят на поддон и заворачивают в стрейч-пленку по всему периметру.

Смещение пленки по торцу рулона допускается в пределах допуска на ширину. Каждый рулон должен иметь этикетку установленного образца, в которой указывается наименование или товарный знак предприятия-изготовителя, наименование продукции, номер партии, дату изготовления, массу нетто, обозначение ГОСТ указанием марки пленки, фамилии или номера упаковщика, штамп ОТК.

Пленку складируют и хранят в крытых помещениях, исключающих попадание прямых солнечных лучей, в горизонтальном положении, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов при температуре +5 +40 °С. Допускается хранение пленки в неотапливаемом складском помещении при температуре до минус 30°С не более 1 месяца.

Транспортируют пленку любым видом транспорта в крытых средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующих на данном виде транспорта. Гарантийный срок хранения пленки марки М без добавок -10 лет, с добавками -1 год со дня изготовления.

Подготовка экструдера к запуску

В период подготовки машины к пуску необходимо:

Произвести калибровку щелевого зазора головки, очистить его от нагара и протереть торец головки фильерной пастой;

заготовить и установить на намотку шпули;

проверить измерительный инструмент, наличие и маркировку сырья, соответствие температурного режима заданию по всем зонам обогрева;

подготовить и загрузить в бункер экструдера соответствующее сырье.

После длительного периода простоя экструдера пуск необходимо производить осторожно, начиная с небольших оборотов привода и снижая обороты по мере уменьшения нагрузки на приводе, так как в противном случае чрезмерные нагрузки на электропривод и головку могут привести к преждевременному их выходу из строя. При пуске выход на режим отслеживается по давлению расплава перед фильтром.

Перед началом переработки машина необходима её выдержка с включенными обогревателями и охлаждением загрузочной зоны на протяжении не менее 2 часов для установки стабильного теплового режима, необходимого для переработки.

2.5 Контроль производства и управление технологическим процессом

Таблица 2.7 - контроль технологических параметров

№	Наименование стадий процесса	Контролируемый параметр	Метод испытания	Частота контроля	Нормы и технологические показатели	Ответственный за осуществление контроля
1	Контроль сырья	ПЭВД	ПО ГОСТ 16337-77	Каждая партия	См таблицу 3.2	Лаборант входного контроля
		СКП-ПН (ПЭ) 402.00.007	ТУ 2243-001-44945397-97	Каждая партия	По ТУ 2243-001-44945397-97	Лаборант входного контроля
		СКП-ПН (ПЭ) 402.00.009	ТУ 2243-001-44945397-97	Каждая партия	По ТУ 2243-001-44945397-97	Лаборант входного контроля
		СКП-ПН (ПЭ) 402.00.010	ТУ 2243-001-44945397-97	Каждая партия	По ТУ 2243-001-44945397-97	Лаборант входного контроля
2	Процесс смешения	Содержание компонентов	Весовое дозирование	Каждая порция	ПЭВД: 25 кг СКП-ПН (ПЭ) 402.00.007: 0,125 кг СКП-ПН (ПЭ) 402.00.009: 0,250 кг СКП-ПН (ПЭ) 402.00.010: 0,375 кг	Лаборант ОТК Аппаратчик
3	Производство пленки	Температура материального цилиндра	Автоматически по термопарам	В течение всего процесса	1 зона: 110°С 2 зона: 120°С 3 зона: 130°С 4 зона: 140°С фильтр: 140°С переходник: 145°С	Аппаратчик
		Температура по зонам головки	Автоматически по термопарам	В течение всего процесса	1зона:145°С 2зона:150°С	Аппаратчик
		Число оборотов шнека	По прибору	В течение всего процесса	80 мин-1	Аппаратчик
4	Готовая продукция	Пленка рукавная ПЭВД 800мм*80мкм	По ГОСТ 10354-82	Каждая партия	См таблицу 3.1	Лаборант ОТК

2.6 Контроль качества готовой продукции

Предъявляемые к готовой продукции требования приведены в таблице 2.1. В процессе получения пленки из-за нарушения различных технологических режимов и использования недоброкачественного сырья возможно возникновение брака. Виды брака, предполагаемые его причины и способы устранения приведены в таблице 2.8

Таблица 2.8 - Виды брака при производстве рукавной пленки

№	Виды брака	Возможные причины возникновения неполадок	Действия персонала, направленные на устранение брака
1	Гелеобразные включения по всей поверхности рукава	Неоднородность сырья по молекулярному весу, возможно использование полиэтилена разных марок	Заменить партию сырья
		Недогрев или перегрев какой-либо зоны цилиндра или головки	Проверить нагрузку зон по амперметру и подключение термопар. Вызвать дежурного слесаря КИПиА для ремонта или замены прибора
		Недостаточная гомогенизация материала в цилиндре	Уменьшить скорость вращения шнека. Снизить температуру расплава или увеличить количество фильтрующих сеток
		Пробиты сетки	Заменить фильтрующие сетки
2	Разнотолщинность плёнки выше допустимой нормы	Смещение формующего зазора головки	Откалибровать головку
		Неравномерный обдув рукава	Вычистить и откалибровать обдувочное кольцо Проверить целостность воздушных шлангов
		Температура расплава изменяется после выхода из экструдера	На фильтре и головке установить температуры, равные температуре выходной зоны шнека
		Неравномерное распределение температур по зонам	Проверить температурный режим на соответствие заданию
		Неисправность приемного устройства	Отремонтировать приемное устройство
		Чрезмерная степень раздува	Опустить линию кристаллизации
		Чрезмерная степень вытяжки	Уменьшить скорость приема пленки
3	Полосы утонения	Нагар на поверхности экструзионной головки	Вычистить щелевой зазор
4	Нестабильность рукава	Неравномерная подача воздуха на обдув или сквозняки	Вычистить обдувочное кольцо. Устранить движение воздушных масс в помещении цеха. Проверить целостность воздушных шлангов
5	Пузыри в толще пленки	Влажное сырье	Заменить сырье
6	Обрыв рукава	Наличие посторонних включений	Проверить сырье, заменить сетки, если этого недостаточно - вычистить головку
		Чрезмерная продольная вытяжка	уменьшить скорость приема пленки
7	Складки пленки на транспортных валках	Воздух между слоями пленки	Надрезами пленки в местах вздутия выпустить воздух, начиная с верха машины
		Большой разброс разнотолщинности	См. пункт 2
		Чрезмерный натяг	Уменьшить натяг
		Перекос приемных и намоточных валков	Выставить приемо-намоточное устройство по уровню, проверить соосность валов
8	Складки при намотке пленки	Чрезмерный натяг	Уменьшить натяг
9	Горячие складки	Перегрев массы	Снизить температуру головки, увеличить подачу воды на охлаждение шнека, снизить скорость экструзии
		Перекос направляющих пластин	Установить необходимый угол наклона каждой из щек и выставить их по центру приемных валов
		Центр зазора приемных щек не совпадает с центром головки	Установить приемные щеки по отвесу
		Асимметрия рукава	Проверить зоны обогрева и откалибровать головку
		Сквозняки в помещении	Устранить движение воздушных масс в помещении цеха
10	Слипание пленочного рукава	Недостаточное охлаждение рукава, высокая линия кристаллизации	Усилить обдув рукава, снизить температуру расплава, уменьшить скорость отвода пленочного рукава
11	Рукав "садится"	Перегрев массы, недостаточное охлаждение	Снизить температуру расплава, усилить обдув рукава
12	Наплывы и "муар" на поверхности пленки	Перегрев массы	Снизить температуру головки, увеличить подачу воды на охлаждение шнека, снизить скорость экструзии
13	Низкие физико-механические показатели пленки	Качество сырья не соответствует техническим требованием НТД	Заменить сырье
		Недостаточная продольная вытяжка	Поднять линию кристаллизации, увеличить температуру расплава
14	Нагрузка двигателя шнека выше номинальной	Засорение фильтра	Заменить фильтрующие сетки
		Недостаточно прогрета масса	Проверить температурный режим на соответствие заданию
		Неисправен обогрев	Обеспечить обогрев
15	В зоне транспортных валков в рукав набегает воздух. Постепенно диаметр рукава уменьшается	Неплотно сведены приемные валки	Добиться плотного прилегания приемных валков
16	Постепенно уменьшается диаметр рукава	Негерметичны соединения подвода воздуха на раздув рукава	Устранить неисправность. Проверить целостность воздушных шлангов и надежность закрытых вентилей.

2.7 Материальный баланс

Материальный баланс на единицу выпускаемой продукции изображен на схеме:

Доставка ПЭ с места хранения (1)		Сушка (2)		Экструзия (2;3)		Резка ПЭ пленки на рулоны

В процессе переработки могут наблюдаться следующие потери:

потери при приеме сырья, хранении, транспортировании и растаривании сырья;

потери в виде летучих продуктов при экструзии, сушке и в виде пыли при резке;

частично оплавленное сырье при чистке фильтров, шнека, экструзионной головки, а также затвердевшие куски массы, вытекающие из материального цилиндра и уплотнений. Включаются также отходы, образующиеся при наладке и запуске оборудования, выходе оборудования на заданные технологические режимы, переходе с одного размера пленки на другой, при отборе контрольных образцов в установленном порядке, некондиционная пленка при внезапных остановках;

потери на анализ сырья и готовой продукции.

Все потери сведены в таблицу 2.9

Таблица 2.9 - Материальный баланс

Приход	Расход
Состав	Масса	Состав	Масса
	Кг	%		Кг	%
ПЭВД	1,033	97,5	1.ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ
			Пленка полиэтиленовая	1	94,455
СКП-ПН (ПЭ) 402.00.010	0,106	1	2. ОТХОДЫ
			2.1 Используемые	Нестабильная пленка при выходе агрегата на режим или обрыв	0,0048	0,45
СКП-ПН(ПЭ)402.00.009	0,106	1		Анализ готовой продукции	0,0001	0,01
				Переход с одной марки сырья на другую, на другую ширину	0,048	4,57
СКП-ПН(ПЭ) 402.00.007	0,053	0,5	2.2 Неиспользуемые	Анализ сырья	0,0001	0,001
				Потери при транспортировке сырья	0,0004	0,003
				Летучие продукты экструзии	0,0009	0,08
ИТОГО	1,059	100		Чистка экструзионной головки, подъем рукава после обрыва	0,0047	0,44
			ИТОГО	1,059	100

3. Технологические расчеты

3.1 Расчет производительности экструдера

Мы используем одношнековый экструдер с переменной (уменьшающейся) глубиной нарезки. Производительность этого экструдера определяется по формуле 3.1 [12]

(3.1)

Q -производительность экструдера, см³/мин

з- эффективная вязкость расплава полимера в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой, кПа·с

P-давление в конце шнека, Па

n - частота вращения шнека, мин^-1

A - постоянная прямого потока экструзии, которая может быть рассчитана по формуле 3.2 [12]

(3.2)

л - число заходов нарезки шнека. Обычно л=1.

у - коэффициент геометрических параметров шнека, рассчитываемый по формуле 3.3 [12]

(3.3)

a - коэффициент, 1/см²

(3.4)

b - коэффициент, 1/см⁴

(3.5)

h₁- глубина спирального канала в начальной зоне загрузки, см, определяемая по эмпирической формуле 3.6 [12]

h₁=(0,12ч0,16)D (3.6)

h₂ - глубина спирального канала в начале зоны сжатия

t - шаг нарезки, см

t=(0,8 ч1,2) D (3.7)

e - ширина гребня, см

e=(0,06ч0,1)D (3.8)

i - степень уплотнения

i=V_ЗАГР/V_ДОЗ (3.9)

V_ЗАГР -

объем спирального канала на длине одного шага в загрузочной зоне (под горловиной), см³

(3.10)

Vдоз - объем спирального канала на длине одного шага в зоне дозирования, см³

(3.11)

d₁ - диаметр сердцевины (вала) шнека у загрузочной воронки

d₁=D-2h₁ (3.12)

d₂ - диаметр сердцевины (вала) шнека в зоне пластикации

d₂=D-2h₂ (3.13)

d₃ - диаметр сердцевины вала в зоне дозирования

d₃=D-2h₃ (3.14)

Подставив в уравнение 3.9 уравнения 3.10ч3.14 и упростив, мы получим новое выражение для расчета степени уплотнения:

(3.15)

Отсюда h₃ - глубина спирального канала в зоне дозирования, см:

 (3.16)

(3.17)

L₀ - длина шнека до зоны сжатия

L₀=L-L_H (3.18)

L_H-длина напорной части шнека

L_H=(0,4ч0,6)L (3.19)

B - постоянная обратного потока, см³, составляющая обычно 5-10% от А₁[12]

(3.20)

С - постоянная потока утечки, зависящая в основном от величины зазора д.

(3.21)

Обычно д=0,1ч0,2 мм или д=(1•10^-3ч3•10^-3)D, максимально допустимую д можно определить по уравнению (3.22)

(3.22)

D - диаметр шнека, см

L - длина шнека, см

В нашем случае L/D=33/1

D=4,5 см; L=148,5см.

Тогда длина напорной части шнека по формуле 3.19

L_H=(0,4ч0,6)·148,5=59,4ч89,1см. Принимаем L_H=60см

Длину шнека до зоны сжатия определяем по формуле 3.18

L₀=L-L_H=148,5-60=88,5см

При экструзии ПЭВД рекомендуют использовать степень сжатия, равную 3[10]

i=4

Найдем глубину нарезки канала h1 по формуле 3.7

h₁=(0,12ч0,16)D==(0,12ч0,16)·4,5=0,54ч0,72см. Принимаем h₁=0,7см

Теперь найдем глубину спирального канала в зоне дозирования по формуле 3.16 [12]

А по формуле (1.17) рассчитаем глубину спирального канала в зоне плавления и пластикации

см

Зная глубину нарезки во всех трех зонах, по формулам 3.12, 3.13, 3.14 можем узнать диаметры сердцевины вала в них

d₁=4,5-2·0,7=3,1 см

d₂=4,5-2·0,374=3,752 см

d₃=4,5-2·0,153=4,194 см

По формуле 3.7 определим шаг нарезки

t=(0,8 ч1,2) 4,5=3,6ч5,4 Принимаем t=5см,

а по формуле (1.8) - ширину гребня

e=(0,06-0,1)4,5=0,27ч0,45. Принимаем e=0,30 см

Теперь мы можем найти коэффициенты у по формуле (3.3), a по формуле (1.4) и b по формуле (3.5)

Зная эти коэффициенты, мы можем найти постоянные прямого и обратного потока

см³

см³

Теперь по формуле (1.22) мы можем рассчитать максимально допустимую величину зазора

см

Зная величину зазора, мы можем найти величину потока утечки С₁по формуле 3.21

Рассчитаем скорость сдвига для зоны дозирования экструдера по формуле 3.22 [12]

, где (3.22)

D - диметр шнека, м; D=0,045

h_ср - средняя глубина нарезки, м;

h_ср=(h₁+h₃)/2=(0,007+0,00153)/2=0,00426

N - частота вращения шнека, с^-1

t - шаг нарезки, м. t=0,005

- скорость сдвига с^-1

Для экструдера ЧП 45Ч33 возможны частоты вращения от 0,15 до 1,5 с^-1. Проведем расчет для 6 различных значений, выберем следующие значения

N₁=0,15;N₂=0,35;N₃=0,5;N₄=0,75;N₅=1;N₆=1,5

По этим данным с помощью эмпирической формулы 3.23 мы можем рассчитать вязкость расплава полимера при наших режимах переработки

 (3.23)

Переработка полимера осуществляется при средней температуре 150°С (423K), R=8,314 м² ·кг/с²·К ·Моль

Значения коэффициентов m₀, E, nдля разных скоростей сдвига для ПЭВД можно найти в таблице 3.1 [7]

г, 1/c	m0, Па·сn	E, дж/моль	n
0,1ч1	0,339	37,3	0,781
1ч10	2,65	28,6	0,593
10ч100	4,74	27	0,525
100-1000	19,9	21,8	0,484

Отсюда, подставив ранее полученные значения в формулу 3.1, мы можем рассчитать производительность экструдера.

Рассчитанные последовательно значения производительности экструдера для давлений в 10, 20,30 и 50 мПа и частот вращения шнека в 0,15, 0,35, 0,50, 0,75, 1 и 1,5 с^-1 сведены в таблицу 3.2

Таблица 3.2 - Производительность экструдера при различном давлении и скорости вращения шнека

Производительность экструдера, см3/с
	Частота вращения шнека, об/сек	0,15	0,35	0,50	0,75	1	1,5
	Вязкость расплава полимера, кПа/с	3,21	2,88	2,64	2,43	2,12	1,75
давление, МПа	0	1,833	4,277	6,111	9,166	12,221	18,332
	20	1,443	3,841	5,636	8,649	11,629	17,614
	30	1,247	3,623	5,398	8,391	11,333	17,255
	50	0,857	3,186	4,923	7,875	10,741	16,537

3.2 Расчет производительности головки экструдера

Производительность головки экструдера может быть рассчитана по формуле 3.24 [12]

, где (3.24)

P - Давление, Па

з - вязкость расплава полимера, Па·с

K - коэффициент геометрической формы канала

Для расчета K имеющий сложную форму канал головки разбивается на геометрически простые элементы, такие, как цилиндр, плоская щель, кольцевой зазор, для каждого из которых рассчитывается Ki, после чего общий коэффициент геометрической формы канала определяется по формуле (3.25) [12]

(3.25)

Перепад давления в элементе канала головки можно рассчитать по формуле 3.26 [12]

, где (3.26)

ДP_i - перепад давления на участке канала головки, Па

K_i - коэффициент геометрической формы этого участка

з_i - вязкость расплава полимера на этом участке, Па·с

V_р - объемный расход полимера, см³/с

1. Для решетки коэффициент геометрической формы рассчитывается по уравнению (3.28) [12], а скорость сдвига в решетке определяется по формуле (3.27) [12]

(3.27)

, где (3.28)

z - число отверстий в решетке;

d - диаметр отверстий, см;

д - толщина фильтрующих элементов, см

2.Для фильтрующей сетки скорость сдвига можно найти по формуле 3.29 [12], а коэффициент геометрической формы - по уравнению 3.30 [12]

(3.29)

, где (3.30)

n - число фильтровальных элементов;

F - площадь фильтровального элемента, см²;

д - толщина фильтрующих элементов, см

3. Для цилиндрического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.31 [12], коэффициент геометрической формы - по уравнению 3.32 [12]

(3.31)

, где (3.32)

d - диаметр канала, см;

L - длина канала, см

4. Для конического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.33 [12], коэффициент геометрической формы

- по уравнению 3.34 [12]

(3.33)

, где (3.34)

d₁ - диаметр а на входе расплава, см;

d₂ - диаметр а на выходе расплава, см;

L - длина конического канала, см

5. Для кольцевого цилиндрического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.35 [12], коэффициент геометрической формы - по уравнению 3.36 [12]

 (3.35)

,

где (3.36) r₁ - наружный радиус кольцевого цилиндрического канала, см

r₂ - внутренний радиус кольцевого цилиндрического канала, см;

L - длина кольцевого цилиндрического канала, см

6. Для кольцевого конического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.37 [12], коэффициент геометрической формы - по уравнению 3.38 [12]

(3.37)

, где (3.38)

r₁, r₂ - средние радиусы окружности конического зазора на входе и выходе расплава соответственно, см;

h₃, h₄ - толщина зазора, соответственно, на входе и выходе, см;

L - длина кольцевого конического канала, см;

m - коэффициент, учитывающий геометрические параметры канала и рассчитывающийся по формуле 3.39 [12], см^-2

(3.39)

Рассчитаем значение геометрических коэффициентов и перепадов давления на различных участках головки для объемных расходов 2 и 5 см³/с.

1. Фильтрующая сетка

F=1000 см²; n=20; d=0,02 см; д=10см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	1,6	3,2	6,4
з, кПа·с	4,73	3,56	2,69
ДP, МПа	0,945	1,43	2,15

2. Решетка

z=70; d=0,3см; д=1,5см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	26,9	53,8	107,8
з, кПа·с	2,14	1,54	1,11
ДP, МПа	1,15	1,66	2,39

3. Цилиндрический канал

d=5см; L=0,3см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	0,407	0,815	1,63
з, кПа·с	0,891	0,765	0,623
ДP, МПа	8,71·10-5	1,49·10-4	2,43·10-4

4. Конический канал

d₁=5см d₂=1см L=4,5см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	0,236	0,472	0,943
з, кПа·с	1	0,862	0,741
ДP, МПа	0,0491	0,00844	0,145

5. Цилиндрический канал

d=1,5см; L=8см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	15,1	30,2	60,4
з, кПа·с	2,82	2,03	1,46
ДP, МПа	0,908	1,31	1,88

6. Цилиндрический канал

d=1,5см; L=7,5см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	15,1	30,2	60,4
з, кПа·с	2,82	2,03	1,46
ДP, МПа	0,851	1,21	1,76

7. Цилиндрический канал

Распределительная система дорна представляет собой 10 канавок, полимер в которых течет параллельно. Диаметр канавки d=0,5см, её длина L=6,2 см. Таким образом, коэффициент сопротивления одной канавки составляет

Суммарный геометрический коэффициент распределительной системы, очевидно, в 10 раз выше K_рс=0,000162·10=0,00162

Расход, приходящийся на канавку, при общем расходе 5,10 и 20 см³/с будет соответственно 0,5 и 1 и 2 см³/с

Vр, см3	0,5	1	2
г, с-1	55,9	111,8	223,6
з, кПа·с	6,43	3,77	2,64
ДP, МПа	1,30	2,32	3,25

8. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=5,5см; r₂=6,1см; L=6см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	2,12	4,25	8,51
з, кПа·с	4,21	3,17	2,39
ДP, МПа	0,192	0,290	0,438

9. Кольцевой конический канал.

r₁=5,5см; r₂=7,42см; h₃=0,4см; h₄=0,5см; L=2,2см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	3,06	6,11	12,2
з, кПа·с	3,63	2,74	2,24
ДP, МПа	0,00135	0,00203	0,00464

10. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=7,42см; r₂=7,6см; L=0,7см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	18,3	36,5	73,0
з, кПа·с	2,56	1,85	1,33
ДP, МПа	0,393	0,566	0,814

11. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=7,46см; r₂=7,54см; L=0,5см

Vр, см3	5	10	20
г, с-1	92,5	185	370
з, кПа·с	4,15	2,91	2,03
ДP, МПа	5,17	7,22	10,11

Рассчитаем суммарный перепад давления

ДP_общ=УДP_i (3.40)

Для объемного расхода 5см³/с

ДP_общ=0,945+1,15+8,71·10^-5+0,0491+0,908+0,851+

+1,30+0,192+0,00135+0,393+5,17=10,97МПа

Для объемного расхода 10 см³/с

ДP_общ=1,43+1,66+1,49·10^-4+0,00844+1,31+1,21+

+2,32+0,290+ 0,00203+0,566+7,22=15,60 МПа

Для объемного расхода 20 см³/с

ДP_общ=2,15+2,39+2,43·10^-4+0,145+1,88+1,76+

+3,25+0,438+0,00464+0,814+10,11=22,22 МПа

3.3 Нахождение рабочей точки экструдера

Объединим полученные в расчете данные в таблицу 3.3 и построим по ним Q-Pдиаграмму экструдера (рисунок 3.1)

Таблица 3.3 - Зависимость давления от объемного расхода

N=9об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	1,83	1,44	1,25	0,857
N=21об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	4,28	3,73	3,45	2,90
N=30об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	6,11	5,69	5,47	5,05
N=45об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	9,17	8,65	8,39	7,88
N=60об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	12,22	11,63	11,33	10,74
N=90об/мин	Q, см3/с	0	20	30	50
	ДP, МПа	18,33	17,61	17,26	16,54
Головка	Q, см3/с	0	5	10	20
	ДP, МПа	0	10,97	15,60	22,22

Рисунок 3.1 - Q-Pдиаграмма экструдера

По имеющейся диаграмме найдем рабочие точки экструдера, соответствующие разным частотам вращения шнека и выберем из них оптимальную.

N=9 об/мин: Q=1,9см³/с;P=2МПа

N=21об/мин: Q=5,1см³/с;P=4,1МПа

N=30об/мин: Q=6см³/с;P=6 МПа

N=45об/мин: Q=9см³/с;P=8,8МПа

N=60 об/мин: Q=11,9см³/с;P=11,7МПа

N=90 об/мин: Q=17,7см³/с;P=16,7МПа

Допустимое давление переработки ПЭВД составляет 15-25 МПа [1], все точки попадают в этот интервал, поэтому из всех имеющихся точек выбираем последнюю, соответствующую наибольшей производительности.

Таким образом, рабочее давление в экструдере у нас составляет 16,7 МПа.

Рассчитаем итоговую производительность экструдера в кг/час, соответствующую этой рабочей точке по формуле 3.41

G=3600·Q·с/1000, где (3.41)

с - плотность расплава нашего материала. Для ПЭВД 15803-020 при температуре переработки (150°C) плотность составляет 0,82 г/см³ [10]

Таким образом G=3600*17,7·0,82/1000=52,25 кг/час

3.4 Энергетические рассчеты экструдера

Тепловой баланс экструдера может быть рассчитан по формуле 3.42

E_Н+Е_Ш=Ем+Ео+Еп, где (3.42)

Е_Н - тепло, подводимое к экструдеру нагревателями

Е_Ш - тепло, выделяемое при работе шнека, рассчитываемое по формуле 3.43[12]

(3.43)

D - диаметр шнека, см. D=4,5

N -частота вращения шнека, с^-1 В рассчитанном ранее режиме работы экструдера N=1,5

з - вязкость расплава полимера в условиях переработки, Па·С; з=1762

L_Н - длина напорной части шнека, см Lн=60

h_ср - средняя глубина нарезки шнека, см h_ср=0,427

Q - объемный расход экструдера, см³/с; Q=17,7

P - давление экструдере при режиме переработки, Па P=16700000 Па

д - величина зазора между гребнем и шнеком, см; д=0,0352

ц - угол подъема винтовой линии, рассчитывается по формуле 3.44

(3.44)

t - шаг нарезки, см t=5см

°

Е_М - тепло, уносимое с материалом, рассчитываемое по формуле 3.45 [12]

Е_М=G_m·C_m·(T_К-T_Н)/3600,где (3.45)

G_m - расход материала, кг/час;Gm=52,25

С_m - теплоемкость материала С_ПЭВД=1935Дж/кг•К

Т_Н- температура на входе в экструдер, Тн=20°С

Т_К - температура на выходе из экструдера, Тк=160 °С

E_m=52,25•1935•(160-20)/3600=3632Вт=3,93кВт

Е_О - тепло, поглощаемое системой охлаждения, которое можно найти по формуле 3.46 [12]

E_О=G_ВС_В(Т_В2-Т_В1), где (3.46)

С_В - теплоемкость воды С_В=4190 Дж/кг•К

G_В - расход воды . Определяется по формуле (3.47)

G=сFv, где (3.47)

с - плотность воды с=1000 кг/м³

v - скорость циркуляции воды в охлаждающей системе. Рекомендуется брать в интервале v=0,1ч0,8 м/с. Примем v=0,5 м/с

F - площадь поперечного сечения каналов. Для круглых каналов очевидно из геометрических соображений F·р·d²/4,d-диаметр канала. Примем d=0,006м

F=3,14·0,006²/4= 2,826·10^-5

G_В=1000•0,5•2,826·10^-5=0,0141кг/с

Изменение температуры охлаждающей жидкости обычно лежит в пределах 5ч10 °C. ПримемТ_В2-Т_В1=10°

E_О=4190•0,0141•10=590,8Вт=0,59кВт

Е_П - тепловые потери, рассчитываемые по формуле 3.48 [12]

Е_П=Fб(Т_Н-Т_О), где (3.48)

F - площадь поверхности теплообмена корпуса экструдера с окружающей средой, определяемая, в свою очередь, по формуле 3.49

F=р·d_k·l_k, где (3.49)

d_k - диаметр корпуса с изоляцией. Принимаем d_k=0,4м

l_k - длинна корпуса. Принимаем l_k=1,7м. Отсюда

F=3,14•0,4•1,7=2,14 м²

T_Н - температура поверхности корпуса. Обычно лежит в пределах 50-80°.Принимаем T_Н=60°

Т_О - температура окружающей среды. В нашем случае Т_О = 20°

б - коэффициент теплопередачи, который можно вычислить по формуле 3.50 [12]

б=9,74+0,07Дt (3.50)

б=9,74+0,07·40=12,54 Вт/м²·К

Таким образом, тепловые потери составляют

Е_П=2,14·12,54·(60-20)=1073Вт=1,07кВт

Теперь из формулы (3.42) мы можем получить выражение для расчета необходимой мощности нагревателя 3.52 [12] и подставив ранее полученные значения, найти её.

Е_Н=Е_М+Е_В+Е_П-E_Ш (3.52)

Е_Н=3,93+0,59+1,07-4,57=1,02кВт

Рассчитать мощность, потребляемую экструдером на передвижение массы вдоль спирального канала к головке можно по формуле 3.53 [12]

(3.53)

t - шаг нарезки. Из предыдущих расчетов t=5см

e - ширина гребня. e= 0,3см

L - длина шнека. L=148,5см

з - вязкость расплава полимера; в наших условиях переработки з=1748 Па·с

n - частота вращения шнека, N=1,5 с^-1

A - постоянная прямого потока экструдера, A=12,24см³

ДP - перепад давления в головке, A=16700000Па

J - коэффициент, рассчитываемый по формуле (3.54) [12]

(3.54)

D - диаметр шнека, см.D=4,5

d₂ - диаметр сердцевины вала в зоне плавления и пластикации; d₂=3,75 см

d₃ - диаметр сердцевины вала в зоне дозирования; d₃=4,19см

h₂ - глубина нарезки в зоне плавления и пластикации, h₃=0,374см

h₃ - глубина нарезки в зоне дозирования, h₃=0,153 см

Рассчитаем коэффициентJ и мощность N₁

Мощность, затрачиваемая на срез материала в зазоре между шнеком и корпусом цилиндра, рассчитывается по формуле 3.55

 (3.55)

д - величина зазора между гребнем шнека и стенкой цилиндра, принимаемая в этом расчёте в интервале 0,25ч0,35 см. Примем д=0,3см.

Общую мощность, потребляемую экструдером на вращение шнека, можно получить сложив две ранее полученные мощности (3.56)

N=N₁+N₂

N=3,82+0,32=4,14кВт

С учетом потерь на трение, механических потерь в двигателе экструдера и прочих неучтенных потерь требуемую мощность двигателя можно рассчитать по формуле 3.57

N_ДВ=N/(0,4ч0,6) (3.57)

N_ДВ=4,14/(0,4ч0,6)=6,9-10,35КвТ

Принимаем N_ДВ=10 кВт

3.5 Расчет вспомогательного оборудования

Скорость приема пленки и скорость экструзии соотносятся между собой согласно формуле 3.58 [12]

е_В=U_П/U_Э (3.58)

В которой

U_Э - скорость экструзии пленки, м/мин, которую можно найти по формуле (3.59) [12]