Участок переработки полимерных материалов

Министерство образования  РФ

ЭТИ СГТУ

Кафедра "МХП"

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту  по дисциплине "Машины и аппараты химических производств"

на тему

"участок переработки  полимерных материалов"

 

 

 

 

 

Выполнил: 

 

Принял:        

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Пояснительная записка 46 листов, 4 рисунка, 11 таблиц, 4 листа чертежей формата А, 8 источников.

Экструдер, головка формующая, полиэтилен, червяк, цилиндр, расчет технологический, расчет механический.

Объектом разработки является оборудование участка переработки полимерных материалов.

Цель работы – выбор  и проектирование экструзионной  установки для получения полиэтиленовых труб.

Основные конструктивные и технико – экономические  характеристики:

• производительность (кг/ч)                  22

• марка материала      ПЭВП 273-79
• диаметр червяка (мм)                                             32
• диаметр труб (мм)                                                  54×2, 80×3

 

 

Содержание

 

Введение

1. Технология процесса
2. Описание конструкции экструдера

3. Технологические расчеты

3.1 Исходные данные

     3.2 Выбор  типа червяка и расчет его  геометрических характеристик

3.3 расчет гидравлического сопротивления головки

3.4 расчет производительности экструдера

3.5 расчет длин технологических зон

4. Механический расчет

4.1 расчет мощности двигателя

4.2 Прочностной расчет  червяка

4.3 Расчет шлицевых  соединений червяка

4.4 Прочностной расчет  цилиндра

4.5 Расчет резьбы цилиндра

4.6 Расчёт резьбового  фланца

5. автоматизация процесса

6. безопасность и экологичность производства

6.1 Вредные и опасные производственные  факторы

6.2 охрана окружающей среды

Заключение

список литературы

Приложение

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время  одним из наиболее распространенных способов изготовления изделий из пластмасс  является экструзия, так как червячные прессы (экструдеры) универсальны и имеют достаточную производительность, а также высокую степень механизации и автоматизации.

При переработке пластмасс  методом экструзии основной задачей  является получение высококачественных изделий  (по внешнему виду, прочности, по деформационным и прочим показателям) при максимальной производительности.

Практически на червячных  прессах можно перерабатывать любые  термопластические материалы. Благодаря  своим преимуществам - непрерывность процесса, возможности автоматизации и механизации - червячные прессы широко распространены в промышленности.

Червячные прессы применяются  для изготовления из термопластов шлангов, труб, рукавной и плоской пленки, листов, профилей, для наложения покрытий на провода и рулонные материалы (бумагу, ткани, фольгу и т. п.). Экструзионным способом получают заготовки для производства полых изделий методом раздува. Червячные прессы нашли широкое применение для подготовки термопластических материалов к последующей переработке (предварительная пластикация в машинах для литья под давлением, окрашивание материала, смешение его с другими компонентами и удаление влаги и летучих веществ).

На современном этапе  развития производства трубы из термопластов все шире заменяют металлические. Особенно широко такие трубы применяются в химической промышленности взамен дорогостоящих труб из цветных сплавов и нержавеющих сталей. Трубы изготовляют из всех известных термопластов, но главным образом из полиэтилена высокого и низкого давления и поливинилхлорида.

 

 

 

 

1. Технология процесса 

 

Сырьем для производства служат гранулы полиэтилена размером 3-5мм высокой плотности марки 209-79 .

Процесс изготовления труб можно разбить на следующие стадии:

1. Подготовка и транспортировка сырья.

2. Переработка расплава и непрерывное формование трубы.

        3. Калибрование и предварительное  охлаждение горячей трубы в  специальной насадке.

                4. Охлаждение трубы в водяной  ванне.

5. Равномерное вытягивание  трубы из калибрующей насадки  специальным тянущим устройством.

                6. Намотка или резка труб.

Все эти стадии неразрывны, для  их синхронизации требуются бесступенчатые приводы в агрегате.

На стадии подготовки и  транспортировки сырья осуществляется дозирование  компонентов с помощью  секторных дозаторов из бункеров хранения 1  в смеситель 2, где происходит перемешивание компонентов.  Далее композиционный материал на основе гранулированного полиэтилена подается в промежуточную емкость 3, откуда поступает в загрузочный бункер экструдера 6  при помощи воздуха, подаваемого вентилятором 4 из нагревателя 5. При этом происходит подсушивание материала при температуре 50-100^оС.

В процессе экструдирования  происходит размягчение, плавление  полимера и гомогенизация расплава. В первой зоне (зона загрузки) осуществляется охлаждение водой для образования движущейся пробки. Вода подается с расходом 0,5 л/мин. Во второй зоне (зона плавления) поддерживается температура 170^оС. В третьей  зоне (дозирования) температура поддерживается на уровне 180^оС.

По мере продвижения через цилиндр экструдера, сырье плавится от трения и за счет нагревателей, установленных вдоль цилиндра, и гомогенизируется. Материал выдавливается через прямоточную формующую головку 7, где приобретает нужный профиль. Формование происходит при температуре 190^оС.

 

Рис.1 Технологическая  схема получения полиэтиленовых труб.

 

Для создания необходимого профиля в формующей головке  создается давление с помощью  компрессора 8, приводимого в действие электродвигателем.

  Из формующей головки расплав в виде цилиндрической заготовки попадает в калибровочную насадку 9, интенсивно охлаждаемую водой. После этого, двигаясь по опорным роликам, труба поступает для охлаждения в охладительную ванну 10, где поддерживается постоянный уровень воды. Затем, при помощи тянущего устройства 12 через счетчик метража 11 на станцию намотки 13.

 

 

 

 

2. Описание конструкции экструдера

 

Схема одночервячного пресса представлена на рис. 2. Из бункера 3 материал через загрузочную воронку 4 поступает  в канал червяка 5. Червяк вращается внутри корпуса цилиндра 7, снабженного гильзой 8, с высокой поверхностной твердостью из азотируемой стали. Привод червяка от электродвигателя 1, через понижающий редуктор 2. Осевое усилие червяка воспринимается упорным подшипником. Корпус цилиндра обогревается электронагревателями 9; температура контролируется термопарами 6. Под воздействием внешнего обогрева, а также за счет тепла, выделяющегося в перерабатываемом материале от трения, последний пластицируется и, перемешиваясь и уплотняясь червяком, транспортируется вперед, продавливаясь через решетку, перед которой обычно устанавливается набор сит 10, в головку  и далее через формирующий инструмент  к приемному устройству.

 

Рис.2 Одночервячный пресс. 

3. Технологические  расчеты

3.1 Исходные  данные

Параметры переработки  экструдера:

производительность (кг/ч)                  22

материал профиля     ПЭ

марка материала      ПЭВП 273-79

плотность ПЭ (кг/м³)      970

насыпная плотность  материала (кг/м³)  550

температура плавления (^оС)    110

теплоемкость материала                     2146

                                                     Табл.1  Диапазон переработки термопласта

 

Вид термопласта	Температурный интервал переработки		Вид изделия	Температура в зонах, оС
	Tплавл., оС	Tдестр., оС		дозиров.	головка
Полиэтилен высокой  плотности ПЭВП	120 - 125	320	Трубы	170 - 190	170 - 210

 

3.2 Выбор типа червяка  и расчет его геометрических  характеристик

Задаемся значением  среднего градиента скорости по табл. 12.4 [9] =100 c^-1.

Определяем отношение 

V/

= = 6,3·10^-8, м³

По рис.12.4 [9] определяем ориентировочный диаметр червяка D_ор= 29 мм.

Окончательно принимаем  ближайшее стандартное значение по табл. 12.5 [9] D=32 мм

Глубина нарезки червяка  в зоне дозирования   

                    

Число оборотов червяка

с^-1

По рассчитанным значениям D и n из табл.12.5 [9] выбираем модель машины

                                                                                                                     Таблица 2

Условное обознач.	D мм	L/D	Частота вращен. об/мин	Мощность привода кВт	Мощность обогрева кВт	Число зон	Произв-ть кг/ч
ЧП32х20	32	25	21-212	100	3,6	3	23

 

Принимаем шаг нарезки  постоянным t = D = 0,032 м

Ширина гребня из условия   

е = (0,05¸0,12)D = (0,05¸0,12) 0,032 = 0,00192 м

Число заходов нарезки i = 1

Рассчитываем угол подъема

^о

Ширина канала витка  по нормали  

 м

Принимаем радиальный зазор  между гребнем червяка и цилиндром  .

Назначаем температурный  режим переработки согласно табл.12.3 [7]

                                                                                                              Таблица 3

Вид термопласта	Темпер. интервал переработки		Вид изделия	Температура в зонах
	t пл., оС	t дестр., оС		дозирование	головка
ПЭВП	120-125	320	Трубы	170-190	170-210

 

Назначаем температурный  режим переработки материала:

Температура материала  в зонах, ^оС

 

 

 

 

 

                                                                                                          Таблица 4

В бункере	Загружае мых гранул	Цилиндра в зоне загр.	Цилиндра в зоне плав.	На выходе из зоны дозир.	В головке
tб=50	t1=50	tц1=160	tц2=180	t=180	tг=180

 

 

3.3    расчет гидравлического сопротивления головки

Для расчета сопротивления  канал спроектированной трубной  головки разбиваем на отдельные  простейшие участки 

 

 

Рис.3 Схема формующей головки

 

Для удобства проведения расчета сгруппируем  участки по общности геометрических признаков каналов.

Участки 1-2; 3-4; 7-8 – кольцевой канал

конический  кольцевой канал с сужающейся щелью – участки 0-1; 2-3; 4-5; 6-7; 8-9;

щелевой клиновидный канал –  участки 10-11;11-12;

решетки с круглыми отверстиями  – 5-6; 13-14;