Разработка конструкции валково-шнекового агрегата и совмещенного технологического процесса утилизации полимерной тары и упаковки
Разработка технологии совмещенных процессов вальцевания и экструзии для утилизации полимерной тары и упаковки и снижения затрат. Влияние параметров валково-шнекового оборудования на физико-механические показатели получаемого вторичного материала.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.09.2018 |
| Размер файла | 796,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Тема:
Разработка конструкции валково-шнекового агрегата и совмещенного технологического процесса утилизации полимерной тары и упаковки
Полушкин Дмитрий Леонидович
Тамбов 2008
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» на кафедре «Переработка полимеров и упаковочное производство».
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Клинков Алексей Степанович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Чайников Николай Александрович
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бастрыгин Виктор Васильевич
Ведущая организация
Государственное предприятие «Центральное конструкторско-технологическое бюро полимерных материалов», г. Москва
Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Ученый секретарь диссертационного совета В.М. Нечаев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
- Актуальность работы. В мире наблюдается стремительный рост потребления упаковочных полимерных материалов. Однако на рубеже тысячелетий человечество столкнулось с проблемой утилизации отходов изделий из полимерных материалов. На городских свалках даже среднего города ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов, превращаясь в серьезную опасность для окружающей среды и человека.
- Выделяют следующие способы утилизации: захоронение, сжигание, деструктивные методы, вторичная переработка (механический рециклинг), каждому из которых обязательно должны предшествовать раздельный сбор и сортировка, что делает утилизацию эффективной. Однако любой из способов утилизации должен способствовать снижению степени загрязнения окружающей среды и стать дополнительным сырьевым источником в условиях дефицита первичного сырья. Известно, что захоронение отходов приводит к нерациональному использованию и сокращению земельных угодий; сжигание - к загрязнению окружающей среды ядовитыми соединениями, образующимися при сгорании; деструктивные методы - сложны технологически и требуют значительных финансовых затрат. В связи с этим вторичная переработка отходов полимерных материалов из изделий, бывших в употреблении, является наиболее приемлемой и позволяет решить вышеозначенные проблемы.
- Традиционный технологический процесс утилизации полимерной тары и упаковки включает в себя: сбор, сортировку, измельчение, мойку, сушку и грануляцию. Использование в технологическом процессе всех этих стадий требует значительных трудовых и энергетических затрат, приводит к увеличению производственных площадей и капитальных вложений и, как следствие, к увеличению себестоимости продукции.
- проведенные в настоящей работе разработка валково-шнекового оборудования и исследование совмещенного технологического процесса утилизации полимерной тары и упаковки, а также созданная методика определения величины суммарной деформации сдвига для совмещенного процесса вальцевания-экструдирования и методика инженерного расчета конструктивных размеров и технологических параметров валково-шнекового агрегата и процесса утилизации отходов термопластов с учетом заданного качества получаемого вторичного сырья имеют актуальное научное и практическое значения.
- Работа выполнялась по заданию Минобразования РФ с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы в области химических технологий» (2003-2005 гг.) с аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научно-технического потенциала высшей школы» (2006-2007 гг.).
- Цель работы. Диссертационная работа посвящена разработке конструкции валково-шнекового агрегата и совмещенного технологического процесса утилизации полимерной тары и упаковки на валково-шнековом оборудовании.
- В соответствии с этим в данной работе решались следующие задачи:
- - анализ современного состояния в области утилизации полимерной тары и упаковки;
- - создание лабораторного экспериментального стенда валково-шнекового агрегата по изучению непрерывного процесса утилизации полимерной тары и упаковки;
- - разработка непрерывной технологии совмещенных процессов вальцевания и экструзии для утилизации полимерной тары и упаковки, позволяющей снизить энергетические и трудовые затраты, сократить производственные площади, что приведет к уменьшению себестоимости получаемого вторичного материала;
- - разработка методики расчета и программного обеспечения для определения величины суммарной деформации сдвига совмещенного процесса валково-шнековой переработки, характеризующей влияние различных геометрических размеров валково-шнекового оборудования и технологических параметров процесса утилизации на физико-механические показатели получаемого вторичного термопластичного материала (предел прочности и относительное удлинение при разрыве);
- - определение значения величины суммарной деформации сдвига совмещенного процесса утилизации, соответствующего заданным физико-механичес-ким показателям вторичного материала;
- - исследование влияния конструктивных и технологических параметров валково-шнекового оборудования и процесса валково-шнековой утилизации на физико-механические показатели получаемого вторичного материала;
- - создание методики инженерного расчета геометрических размеров валково-шнекового оборудования и технологических параметров совмещенного процесса утилизации с учетом заданных физико-механических показателей получаемого вторматериала.
- Научная новизна работы. На основе анализа способов и оборудования для переработки отходов полимеров разработаны непрерывный совмещенный процесс вальцевания-экструдирования и валково-шнековый агрегат для утилизации полимерной тары и упаковки.
- Спроектировано отборочное устройство (Патент РФ 67017), обеспечивающее непрерывный съем расплава полимера с поверхности вращающихся валков вальцов и стабильное питание шнекового гранулятора.
Установлены и рекомендованы для проектирования величины суммарной деформации сдвига совмещенного процесса валково-шнековой переработки полимерных материалов (на примере ПЭВД), соответствующие заданным физико-механическим показателям получаемого вторичного материала (гсум = 2100…2250).
Практическая ценность. Создан лабораторный стенд валково-шнекового агрегата, позволяющий исследовать совмещенный процесс утилизации широкого класса отходов термопластичных полимерных материалов и определять геометрические размеры оборудования и технологические параметры процесса, при которых достигаются заданные физико-механические показатели получаемого вторсырья.
Разработана методика расчета и программное обеспечение для определения величины суммарной деформации сдвига совмещенных процессов вальцевания и экструзии, характеризующей влияние различных геометрических размеров оборудования и технологических параметров процесса на физико-механические показатели получаемого вторичного материала. Создана методика инженерного расчета геометрических размеров валково-шнекового оборудования и технологических параметров совмещенного процесса утилизации с учетом заданных физико-механических показателей получаемого вторичного материала, позволяющая проектировать валково-шнековый агрегат или оснащать промышленные вальцы разработанным шнековым отборочным устройством.
Внедрение результатов работы на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов) позволило снизить энергозатраты при производстве 1 кг вторсырья на 20% за счет исключения из технологической цепочки дробления и отмывки пластика, сократить производственные площади, а также уменьшить время проектирования оборудования.
Полученный на разработанной установке гранулированный из отходов вторичный полиэтилен низкой плотности используется на НПП ООО «Эласт» в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.
Программное обеспечение на ЭВМ для расчета основных параметров процесса утилизации и конструкции применяемого валково-шнекового агрегата используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 261201 и магистров по программе 150400.26.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на V международной научно-технической конференции «Авиакосмические технологии «АКТ-2004» (г. Воронеж, 2004 г.); международной школе-семенаре молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества» (г. Тамбов, 2006 г.); XII и XIII научных конференциях ТГТУ «Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование» (г. Тамбов, 2007-2008 гг.); XX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20» (г. Ярославль, 2007 г.); международной конференции по химической технологии (Москва, 2007 г.); VI международной теплофизической школе «Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством» (г. Тамбов, 2007 г.); всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов ВУЗов «ЭВРИКА-2007» (г. Новочеркасск, 2007 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Процессы, технологии, оборудование и опыт переработки отходов и вторичного сырья» (г. Самара, 2008 г.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 37 работ, из которых 4 в ведущих научных журналах из перечня ВАК, доклады сделаны на 22 международных, 4 всероссийских и 6 региональных научно-технических конференциях, получен 1 патент и 4 свидетельства регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 98 наименований и приложения. Содержит 115 страниц основного текста, 40 рисунков, 9 таблиц.
Содержание работы
Во введении дано краткое содержание работы, обоснованы ее актуальность, научная новизна и практическая значимость.
В главе 1 проведен литературный обзор современного состояния в области утилизации отходов термопластичных полимерных материалов.
Приведена классификация отходов и проведен подробный анализ по способам вторичной переработки отходов термопластов и применяемого оборудования. Показано, что традиционный технологический процесс утилизации полимерной тары и упаковки требует значительных энергетических и трудовых затрат, что приводит к увеличению себестоимости продукции. В результате разработан непрерывный совмещенный процесс вальцевания-экструдирования, позволяющий снизить энергетические затраты на утилизацию полимерной тары и упаковки за счет исключения дробления и сушки материала.
Первая глава завершается постановкой задач исследования.
Глава 2 посвящена рассмотрению совмещенного технологического процесса утилизации отходов термопластов, разработке конструкции валково-шнекового оборудования и шнекового отборочного устройства, а также методики расчета геометрических размеров шнекового отборочного устройства с учетом заданной производительности, изложены требования, предъявляемые к перерабатываемым отходам полимерной тары и упаковки.
Разработанный совмещенный технологический процесс утилизации (рис. 1) осуществляется следующим образом: отходы поступают на участок сортировки 1, в процессе которой из них удаляют случайные инородные и металлические включения и выбраковывают сильно загрязненные куски. Далее отходы полимеров непрерывно загружаются через загрузочный бункер, с левой стороны поверхности валков валково-шнекового агрегата 2.
Рис. 1. Схема технологического процесса утилизации отходов полимерной тары и упаковки: 1 - участок сортировки отходов; 2 - валково-шнековый агрегат; 3 - отходы полимеров; 4 - шнековое отборочное устройство; 5 - устройство охлаждения; 6 - тянущее устройство; 7 - режущее устройство; 8 - емкость для гранул
В процессе вальцевания происходит плавление отходов, удаление летучих компонентов, пластикация, возможно модифицирование различными добавками и окрашивание расплава. Температура переработки T = 130C.
Для профилирования вальцуемого материала расплав полимера снимается специальным ножом с противоположной стороны поверхности валков и направляется в межвитковое пространство шнека шнекового отборочного устройства. Расплав полимера захватывается витками шнека и транспортируется к зоне выгрузки, где продавливается через формующее отверстие с образованием экструдата заданного поперечного сечения. Полученный экструдат охлаждается сжатым воздухом вентилятора 5, режется фрезой 7, гранулы собираются в емкости 8.
Шнековое отборочное устройство (Патент РФ 67017) (рис. 2) представляет собой цилиндр 1 с расположенным внутри шнеком 2 предназначенным для транспортирования массы и создания давления перед формующей головкой 3, где профилируется сечение экструдата 6. Наличие шнекового отборочного устройства позволяет также дополнительно гомогенизировать, пластицировать и диспергировать расплав полимера, что улучшает качество целевого продукта.
Рис. 2. Схема шнекового отборочного устройства: 1 - цилиндр; 2 - шнек; 3 - профилирующая формующая головка; 4 - загрузочное окно; 5 - нож; 6 - расплав полимера
Отборочное устройство снабжено съемными профилирующими приставками с различным количеством фильер разной конфигурации, что дает возможность получения изделий непосредственно из вторичного сырья.
По данной технологии могут перерабатываться не только отходы полимерной тары и упаковки производственного и общественного потребления, но и различные технологические отходы термопластов.
В главе 3 описана методика расчета величины суммарной деформации сдвига для совмещенного валково-шнекового процесса утилизации термопластов.
В процессе переработки на физико-механические показатели получаемого вторичного термопластичного материала (прочность и относительное удлинение при разрыве) определяющее влияние оказывает сдвиговая деформация, возникающая в рабочих органах валково-шнекового агрегата. Она зависит от различных конструктивных (геометрические размеры валково-шнекового агрегата) и технологических (частота вращения валков вальцов и шнека шнекового отборочного устройства, величины минимального зазора между валками и фрикции, «запаса» материала на валках при заданной температуре переработки) параметров процесса вальцевания, экструзии и профилирования отходов полимерных материалов в формующей головке.
Величина суммарной деформации сдвига для валково-шнекового процесса утилизации полимерной тары и упаковки может быть представлена как алгебраическая сумма суммарных величин сдвига для непрерывного процесса вальцевания гв, процесса экструзии при отборе расплава полимера гш и суммарной величины сдвига, возникающей в формующих каналах гфк:
(1)
Ранее на кафедре «Переработка полимеров и упаковочное производство» ТГТУ для определения величины суммарной деформации сдвига непрерывного процесса вальцевания длина валка разбивалась на множество элементарных участков dl, на которых осуществлялся периодический процесс вальцевания; считалось, что высота «запаса» полимера на валках вальцов изменяется от зоны загрузки до зоны выгрузки по линейному закону. Наряду с этим длина каждого последующего участка dl определялась, исходя из скоростных потоков течения материала вдоль оси X (поперечное сечение валка) и оси Z (сечение вдоль оси валка), (рис. 3).
Таким образом, величина суммарной деформации сдвига непрерывного процесса вальцевания может быть определена как
, (2)
где п - величина суммарной деформация сдвига, реализуемая при периодическом режиме вальцевания, определенная в работах Мак-Келви, Р.В. Торнера,
, (3)
(4)
где - число проходов;
фв - время вальцевания, с.
Однако описанная методика имеет ряд недостатков, главным из которых является погрешность, вносимая при определении элементарных участков dl исходя из скоростных потоков течения материала и использование линейной зависимости в качестве закона распределения материала по поверхности валка от зоны загрузки к зоне выгрузки, особенно при малых «запасах» (объемах).
Рис. 3. Схема процесса вальцевания
Рис. 4. Схема определения величины суммарной деформации сдвига при непрерывном режиме вальцевания термопластов
При этом координата входа в зонах загрузки и выгрузки и время пребывания материала на валках должны задаваться, исходя из проведенных дополнительных исследований.
С целью исключения вышеописанных недостатков предложено в качестве функциональной зависимости, описывающей распределение «запаса» полимера на валках вальцов от зоны загрузки до зоны выгрузки использовать безразмерный комплекс
, (5)
где ;
Q - расход полимера вдоль оси Z валка вальцов;
, - безразмерные координаты сечений входа и выхода.
При этом координата выхода в зоне выгрузки Xнк для i-го участка является координатой входа в зоне загрузки Xнн для элементарного участка i + 1.
В итоге, задаваясь производительностью процесса и зная зависимость распределения материала по длине валка, можно определить время пребывания материала на элементарном участке dl и, следовательно, величину суммарной удельной деформации сдвига для непрерывного процесса вальцевания.
В процессе переработки срезаемый с поверхности валков вальцов расплав направляется в межвитковое пространство шнекового отборочного устройства. дальнейшая переработка представляет собой процесс экструзии, о качестве которого можно судить также по суммарной величине сдвига гш и гфк, представляющей функцию различных конструктивных параметров шнека, формующих каналов профилирующей формующей головки и технологических параметров процесса экструзии.
Величина суммарной деформации сдвига при отборе расплава полимера
, (6)
где F(a), G(a) - функции;
ц - коэффициент дросселирования, характеризующий отношение прямотока и противотока;
h - глубина винтового канала шнека, м.
Величина суммарной деформации сдвига в формующих каналах фильеры шнекового отборочного устройства определяется следующим образом:
, (7)
где ; ;
гфi, , ффi - сдвиг, скорость сдвига, время пребывания перерабатываемого материала в i-м канале, соответственно;
Fi, li, Qi, - площадь поперечного сечения, длина и производительность i-го канала, соответственно.
Таким образом, решение уравнения (1) совместно с (2) - (4), (6), (7) позволяет определить величину суммарной деформации сдвига для непрерывного процесса валково-шнековой утилизации термопластичных полимерных материалов. При этом определение численного значения величины суммарной деформации сдвига для конкретного термопластичного материала позволяет рассчитывать технологическое оборудование и режимы утилизации термопластов с заданными физико-механическими показателями получаемого вторичного материала.
глава 4 посвящена экспериментальным исследованиям совмещенного процесса утилизации термопластов на валково-шнековом агрегате.
Дана методика определения безразмерных координат сечения входа Xн и выхода Xк, методики проведения экспериментов, определения физико-механических характеристик и молекулярной массы (метод вискозиметрии) получаемого термопластичного вторматериала (на примере ПЭВД), проведены исследования структуры вторичного ПЭВД методами рентгеноструктурного анализа (РСА) и ИК-спектроскопии, дана сравнительная характеристика свойств вторичного термопласта, полученных по различным технологиям.
Цель экспериментов заключалась в определении значения величины суммарной деформации сдвига совмещенного процесса гсум, при которой физико-механические показатели получаемого вторичного термопластичного материала являются наилучшими.
Поскольку валково-шнековая утилизация отходов полимерных материалов - это технология совмещенных процессов вальцевания и экструзии, были проведены исследования на традиционных валковых и шнековых машинах по оценке влияния технологических параметров процесса и оборудования на свойства получаемого вторичного термопластичного материала. Исследования проводились на валковой машине Лб 80/80 200 при осуществлении непрерывного и периодического режимов вальцевания и с изменением в широком диапазоне частоты вращения валков nв, величины минимального зазора между валками h0, величины фрикции f, а также на шнековых машинах с диаметром червяка 20 и 32 мм. Полученный в процессе переработки на валковой и шнековых машинах вторичный термопластичный материал подвергался физико-механическим испытаниям с целью определения предела текучести ут, прочности ур и относительного удлинения е при разрыве.
После расчета величины суммарной деформации сдвига для процесса вальцевания гв по формулам (2) - (4), а также для процесса экструзии гш (6) в зависимости от геометрических размеров и технологических параметров процесса и оборудования были получены зависимости физико-механических свойств вторматериала ур от величины суммарной деформации сдвига гв и гш, показанные на рис. 5.
Анализ графических зависимостей (рис. 5) показал, что наилучшие физико-механические свойства вторичного материала, в частности, прочность при разрывеур, как для процессов периодического и непрерывного вальцевания гв, так и для процесса экструзии гш наблюдается при одинаковой величине суммарной деформации сдвига г = 2100…2250.
а) б)
Рис. 5. Зависимость прочности при разрыве ур от величины суммарной деформации сдвига при переработке на вальцах гв (а) и в экструдере гш (б): а - непрерывный (1) и периодический (2) режим работы вальцов; б - экструдеры с диаметром червяков 20 мм (1) и 32 мм (2)
Вследствие этого, достижение заданного значения величины суммарной деформации сдвига может быть положено в основу инженерной методики расчетов конструктивных параметров и технологических режимов при разработке валково-шнековых агрегатов или шнековых отборочных устройств для вторичной переработки термопластичных материалов с заданным качеством. валковый шнековый вальцевание вторичный
На основании проведенных экспериментальных исследований на лабораторных вальцах Лб 80/80 и экструдерах с диаметрами шнеков 20 и 32 мм, а также с учетом величины суммарной деформации сдвига, рассчитанной по уравнению (1), был реализован технологический процесс утилизации термопластов на разработанном валково-шнековом агрегате, при котором может быть получен вторичный экструдат с заданными физико-механическими показателями при заданном значении величины суммарной деформации сдвига гсум.
На экспериментальной валково-шнековой установке был осуществлен изотермический режим непрерывного процесса переработки ПЭВД 15803-020. Переработку проводили при изменении в широком диапазоне частоты вращения валков вальцов и шнека шнекового отборочного устройства.
Полученный в процессе переработки материал собирался в емкости для последующего проведения экспериментов по определению прочности и относительного удлинения при разрыве, молекулярной массы, а также для изучения структурных изменений методами РСА и ИК-спектроскопии.
В результате была получена зависимость, представленная на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость прочности при разрыве р от частоты вращения валков вальцов nв при различной частоте вращения шнека nш
Проведенные экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы: изменение частоты вращения шнека nш шнекового отборочного устройства при постоянной частоте вращения вальцов nв не вносит существенного влияния на величину показателя прочности при разрыве р (рис. 6) получаемого вторичного термопластичного материала, что является следствием недостаточной величины сдвиговой деформации, возникающей в межвитковом пространстве шнекового отборочного устройства. Однако, наблюдаются изменения прочностных свойств вторичного материала при различной частоте вращения вальцов nв.
Это вызвано тем, что основное сдвиговое воздействие на материал со стороны рабочих органов технологического оборудования в процессе вторичной переработке осуществляется на валковом пластикаторе. При этом сравнительный анализ прочности при разрыве р получаемого вторматериала с первичным ПЭВД 15803-020 показал, что в процессе вторичной переработки происходит структурирование.
При этом молекулярная масса исследованных образцов, также как и прочность при разрыве р этих образцов, превышает соответствующую величину для исходного материала. Это подтверждает теорию, что в процессе вторичной переработки происходит структурирование, которое приводит к увеличению молекулярной массы (на 13,5...48 %), (рис. 7).
После расчета величины суммарной деформации сдвига для непрерывного режима вальцевания гв по формулам (2) и суммарной деформации сдвига в каналах шнека гш (6) в зависимости от технологических и конструктивных параметров процесса и оборудования, а также на основании проведенных экспериментальных исследований (рис. 6), была получена графическая зависимость прочности при разрыве ур вторичного термопластичного материала от величины суммарной деформации сдвига гсум, показанные на рис. 8.
Рис. 7. Зависимость молекулярной массы M от частоты вращения валков вальцов nв при различной частоте вращения шнека nш
Рис. 8. Зависимость прочности при разрыве ур от величины суммарной деформации сдвига гсум при переработке термопластов на валково-шнековом агрегате
Анализ рис. 8 позволяет сделать вывод, что наилучшие показатели по прочности вторичного термопластичного материала, также как и для традиционных процессов вальцевания и экструзии, наблюдаются при одинаковой величине суммарной деформации сдвига (гсум = 2100…2250).
Проведенные дополнительные исследования методом ИК-спектроскопии подтвердили предположение, что повышение прочности при разрывеур связано со структурированием вторичного термопластичного материала в процессе вторичной переработки на разработанном валково-шнековом агрегате и выражаются в изменении концентрации метильных групп в исследуемых образцах.
С целью исключения вероятности повышения прочности при разрыве вследствие ориентирования материала в процессе течения в формующем канале шнекового отборочного устройства, были проведены исследования методом РСА. Проверка образцов на анизотропию показала, что структура образца в экваториальном и меридианальном направлениях не имеет существенных различий.
В главе 5 предложена методика инженерного расчета основных конструктивных и технологических параметров валково-шнековых агрегатов и процесса утилизации с учетом заданного качества получаемого термопластичного вторматериала, позволяющая решать два типа задач:
1) проектирование валково-шнекового агрегата - при заданной производительности процесса Q необходимо определить основные геометрические размеры проектируемого валково-шнекового агрегата (диаметр и длину валков вальцов; диаметр, длину, шаг, глубину винтовой нарезки и ширину гребня шнека шнекового отборочного устройства) и технологические параметры совмещенного процесса;
2) оснащение вальцов разработанным шнековым отборочным устройством - при заданных геометрических размерах валков вальцов необходимо определить производительность процесса Q и основные геометрические размеры шнекового отборочного устройства (диаметр и длину шнека).
В качестве исходных параметров должны быть заданы: производительность процесса, температура переработки и тип перерабатываемого материала. До проведения расчета необходимо определить реологические константы, а также величину суммарной деформации сдвига, соответствующую заданным физико-механическим показателям вторичного сырья, для перерабатываемого материала на описанном выше лабораторном стенде.
Решение первого типа задачи сводится к определению основных геометрических размеров валков (диаметр и длина) и выбору валкового оборудования в соответствии с ГОСТ 14333-73; определению оптимальной высоты «запаса» материала на валках, оптимальной величины минимального зазора между валками; основных размеров шнекового отборочного устройства (диаметр, длина, шаг, глубина винтовой нарезки и ширина гребня шнека); силовых и энергетических параметров процессов вальцевания и экструзии; проводится прочностной расчет основных деталей и узлов валково-шнекового агрегата и тепловой расчет процесса утилизации. Cоставляется техническая характеристика спроектированного валково-шнекового оборудования.
При решении второго типа задач, в случае оснащения валковых пластикаторов шнековым отборочным устройством, определяется производительность совмещенного процесса; далее находятся такие же параметры как для первого типа задач.
основные результаты и Выводы по работе
Разработан валково-шнековый агрегат и непрерывный совмещенный процесс вальцевания-экструдирования для вторичной переработки отходов полимерной тары и упаковки, позволяющий снизить удельные энергозатраты на утилизацию и получить вторичный материал заданного качества.
Спроектирован и смонтирован лабораторный стенд (валково-шнековый агрегат) позволяющий определять значение величины суммарной деформации сдвига, соответствующей заданным физико-механическим показателям отходов термопластов.
Спроектировано отборочное устройство (Патент РФ 67017), обеспечивающее непрерывный съем расплава полимера с поверхности вращающихся валков и стабильное питание шнекового гранулятора.
Разработана методика инженерного расчета геометрических размеров шнекового отборочного устройства при заданных производительности валкового пластикатора и реологических свойствах полимерного материала.
Разработана методика расчета и программное обеспечение для определения величины суммарной деформации сдвига процесса валково-шнековой переработки, характеризующей влияние различных геометрических размеров валково-шнекового оборудования и технологических параметров процесса утилизации на физико-механические показатели получаемого вторичного термопластичного материала, на которое получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Найдено численное значение величины суммарной деформации сдвига совмещенного процесса валково-шнековой переработки полимерных материалов (на примере ПЭВД), соответствующее заданным физико-механическим показателям (гсум = 2100…2250).
Проведены исследования влияния конструктивных и технологических параметров валково-шнекового оборудования и процесса утилизации на физико-механические показатели получаемого вторичного термопластичного материала.
Созданная методика инженерного расчета геометрических размеров валково-шнекового оборудования и технологических параметров совмещенного процесса утилизации с учетом заданных физико-механических показателей получаемого вторичного материала, позволяет проектировать валково-шнековый агрегат или оснащать существующее валковое оборудование разработанным шнековым отборочным устройством.
Результаты работы приняты ОАО «НИИРТМаш» к использованию при проектировании промышленного валково-шнекового агрегата по переработке промышленных и бытовых отходов термопластов. Рассчитанный экономический эффект от создания валково-шнекового агрегата непрерывного действия составляет 340 тыс. р.
Гранулят, полученный на экспериментальной установке из отходов ПЭВД промышленного и общественного потребления, используется на НПП ООО «Эласт» для производства электроизоляционных полимерных труб, применяемых в железобетонных строительных плитах, методом экструзии.
Методика инженерного расчета и программное обеспечение на ЭВМ для проектирования валково-шнековых агрегатов внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальности 261201 по дисциплинам «Оборудование для производства тары и упаковки», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 по дисциплине «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов».
Основные обозначения
Rв - радиус валка, м;
Lв - длина рабочей части валка, м;
L - длина нарезной части шнека, м;
хн, хк - координаты сечения входа и выхода, м;
f - фрикция;
2h0 - величина минимального зазора между валками, м.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
1. Новая технология вторичной переработки и утилизации пленочных полимерных материалов / Д.Л. Полушкин, И.В. Шашков, А.С. Клинков, М.В. Соколов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2006. - Т. 12. - №1А. - С. 76-82.
2. Исследования свойств вторичного гранулята, полученного на валково-шнековом агрегате / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов, В.Г. Однолько // Известия Самарского научного центра РАН: сб. ст. III Всерос. науч.-практ. конф. «Процессы, технологии, оборудование и опыт переработки отходов и вторичного сырья». - Самара, 2008. - С. 56-62.
3. Мобильный валково-шнековый агрегат по переработке отходов термопластичных полимерных материалов / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Известия Волг. гос. техн. ун-та. Сер. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов. Вып. 5. - Волгоград, 2008. - №1 (39) - С. 129-133.
4. Технология производства вторичного гранулята заданного качества валково-шнековым способом / Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, А.С. Клинков, В.Г. Однолько // Известия ОрелГТУ. Сер. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2008. - №2-2/270 (545)- С. 43-49.
5. Моделирование непрерывного процесса вальцевания отходов полимерных материалов / И.В. Шашков, А.С. Клинков, Д.Л. Полушкин [и др.] // Авиакосмические технологии «АКТ-2004». Ч. II: Прикладные задачи механики. Математическое моделирование. Аэрогидродинамика и тепломассообмен: тр. V междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2004. - С. 166-172.
6. Современное состояние в области утилизации пленочных полимерных материалов / И.В. Шашков, Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов // X научная конференция ТГТУ: тез. докл. - Тамбов, 2005. - С. 55-56.
7. Утилизация упаковки из пленочных полимерных материалов на валковых машинах непрерывного действия / И.В. Шашков, Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков [и др.] // Новые технологии получения и переработки полимеров: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. - М., 2005. - С. 59-62.
8. Прогнозирование качества вторичного гранулята при утилизации пленочных термопластов / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Прогрессивные технологии развития: сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2005. - С. 170-171.
9. Расчет параметра качества гранулята при утилизации отходов термопластов на вальцах непрерывного действия / И.В. Шашков, А.С. Клинков, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов // Наука на рубеже тысячелетий: сб. материалов. Междунар. науч.-практ. конф. - Тамбов, 2005. - С. 130-132.
10. Валково-шнековый метод переработки термопластов и эластомеров / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование: сб. тр. XII науч. конф. ТГТУ. - Тамбов, 2007. - С. 118-122.
11. Согласование работы валковой машины и отборочно-шнекового устройства при утилизации отходов термопластов / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Математические методы в технике и технологии - ММТТ-20: сб. тр. XX междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 4. Секция 5 / под общ. ред. В.С. Балакирева. - Ярославль, 2007. - С. 143 - 145.
12. Валково-шнековая технология утилизации отходов полимерных материалов / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов, И.В. Шашков // Химическая технология: сб. тез. докл. Междунар. конф. по химической технологии ХТ'07. Т. 2 / под. ред. А.А. Вошкина, Н.Н. Кулова, А.И. Холькина, Е.В. Юртова. - М., 2007. - С. 247 - 249.
13. Валково-шнековая технология вторичной переработки термопластов с заданным качеством / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов, И.В. Шашков // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством: материалы VI междунар. теплофиз. шк. В 2 ч. - Тамбов, 2007. - Ч. II. - С. 101-103.
14. Гуреев, С.С. Мобильный мини-завод по переработке отходов полимеров / С.С. Гуреев, В.П. Беляев, Д.Л. Полушкин // Сборник конкурсных работ Всерос. смотра-конкурса научно-технического творчества студентов ВУЗов «ЭВРИКА-2007». - Новочеркасск, 2007. - С. 380-381.
15. Полушкин, Д.Л. Анализ интегрального критерия качества при переработке полимеров на валковых машинах / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов // Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование: сб. тр. XIII науч. конф. ТГТУ. - Тамбов, 2008. - С. 106-109.
16. Энергосберегающая технология переработки отходов полимерных материалов валково-шнековым способом / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов [и др.] // Вопросы современной науки и практики. Серия Технические науки / Университет им. В.И. Вернадского. - 2008. №1(11). - Т. 2. - С. 13141.
17. Пат. РФ 67017 RU B29B 7/64. Шнековое отборочное устройство к валковым машинам / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов, П.С. Беляев, В.Г. Однолько; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2006106300/12; заявл. 28.02.2006; опубл. 10.10.2007, Бюл. №28.
18. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2006612171. Расчет суммарной величины сдвига при переработке термопластов на вальцах / Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, И.В. Шашков, А.С. Клинков, П.С. Беляев; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2006611436; заявл. 03.05.2006. Зарегистрировано 22.06.2006.
19. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - № 2008610876. Расчет станин вальцов на прочность и жесткость / С.С. Гуреев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, А.С. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2007615273; заявл. 24.12.2007. Зарегистрировано 20.02.2008.
20. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2008612658. Расчет на прочность и жесткость валков вальцов / П.В. Макеев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, А.С. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2008611473; заявл. 07.04.2008. Зарегистрировано 28.05.2008.
21. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2008613114. Расчет интегрального критерия качества - суммарной величины сдвига для непрерывного вальцевания / С.С. Гуреев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, А.С. Клинков, П.С. Беляев; Тамб. гос. техн. ун-т. - №2008612201; заявл. 19.05.2008. Зарегистрировано 27.06.2008.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Назначение и свойства упаковываемой продукции. Разработка и описание технологической схемы изготовления тары и упаковки. Расчет технологических параметров изготовления тары и упаковки. Причины появления дефектов тары и упаковки и методы их устранения.
дипломная работа [234,3 K], добавлен 05.06.2016Анализ возможных конструктивных и эргономических решений при проектировании полимерной транспортной тары-контейнера для колбасных изделий, обоснование выбора варианта. Методы производства полимерной тары-контейнера, расчеты объёма и массы ящика и крышки.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 20.01.2015Методы изготовления пакетов типа "Майка". Достоинства полиэтилена низкого давления как исходного материала, усовершенствование технологии производства. Способы утилизации полиэтиленовой тары при помощи экструдера, особенности вторичного использования.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.01.2014Материалы для картонной тары. Выбор упаковочного материала и конструкции. Характеристики готовой тары, ее унификация. Производство картонной коробки. Новизна конструкции, нанесение печати на картонную тару. Графическое решение художественного оформления.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 27.07.2012Разработка состава полимерной композиции, предназначенной для изготовления тары. Процесс смешения ингредиентов - важнейшая операция после оптимизации состава. Экструзия и литье под давлением - распространенные способы получения жесткой транспортной тары.
реферат [50,2 K], добавлен 30.03.2011Основные этапы проектирования упаковки. Классификация тары и упаковки. Обзор рынка аналогов, анализ прототипов упаковки для новогодних подарков. Влияние позиционирования товара в магазине на конструкцию упаковки. Основные этапы разработки технологии.
дипломная работа [4,4 M], добавлен 22.11.2010Классификация тары по выполняемым функциям, учитывающая механические свойства тары, по виду материала, из которого изготовлена тара. Функции упаковки и факторы, влияющие на ее выбор. Свойства продукта, которые необходимо учитывать при выборе тары.
презентация [5,6 M], добавлен 29.07.2013Этапы производства алюминиевой тары и розлива пива: выбор оборудования, сырья, помещения и персонала. Подбор оборудования для производства упаковки. Размещение оборудования цеха штампования, сушки, печати, розлива и упаковки пива в алюминиевые банки.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 18.10.2013Разработка и выбор материала для упаковки. Обзор программных продуктов САПР. Взаимосвязь автоматизированного проектирования и производства упаковки из картона. Технологии производства упаковки для пельменей. Расчет себестоимости полиграфической продукции.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.11.2010Оборудование для грохочения торфа малой насыпной плотности. Разработка разработан валково-дискового грохота производительностью 30 т/ч. Описание конструкции и работы изделия. Использование изделия в производственных условиях, технологическое оборудование.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.08.2010Основные этапы разработки дизайна упаковки для клюквы в сахаре. Выбор потребительской аудитории, разработка конструкции. Особенности расчета внутренних размеров, габаритных размеров и прочности транспортной тары. Характеристика печатного оборудования.
презентация [4,7 M], добавлен 12.12.2013Классификация мучных кондитерских изделий, особенности их упаковки. Преимущества и недостатки разных видов кондитерских упаковок. Дизайн тары, упаковки и этикетки. Использование картонной пищевой упаковки. Основные материалы для бумажной и картонной тары.
курсовая работа [52,1 K], добавлен 13.10.2016Технологические приемы применения шлаковых смесей. Обработка стали ТШС. Усовершенствование упаковочного полуавтомата для упаковки шлакообразующих смесей в мешкотару. Конструкция упаковочного шнекового полуавтомата. Разработка пневматического дозатора.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.03.2017Обзор упаковок для чая на российском рынке. Выбор комбинированного упаковочного материала. Художественное конструирование упаковки для чая "Чашечка чая". Расчет основных размеров развертки для вертикальной упаковки. Характеристики картона Strompack.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 07.08.2013Качество производимой тары. Основные дефекты, возникающие при изготовлении тары и упаковки, рекомендации по их устранению. Технологическое оборудование и оснастка для изготовления тары из картона. Маркировка, фасовка и упаковка сахара в картонную тару.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 25.12.2014Обзор возможных материалов для упаковки молока. Характеристика и подбор оборудования для производства упаковки и розлива молока, для дополнительного оформления упаковки. Принципиальная схема картонной упаковки, её дизайн и расчет расходного материала.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 19.11.2013Изучение энтропии полимерной цепи как меры беспорядка системы, состоящей из многих элементов. Процесс моделирования высокомолекулярного вещества или материала в модели полимерной цепи бусинок. Параметры внутренней и внешней энергии полимерной сетки.
реферат [527,6 K], добавлен 05.12.2010Преимущества металлической упаковки: механическая прочность, ударостойкость, устойчивость к воздействию внутреннего давления. Металлы и сплавы, используемые в производстве тары: листовая сталь, белая жесть, алюминий. Классификация ассортимента упаковки.
презентация [17,2 M], добавлен 14.12.2014Описание работы упаковочного шнекового полуавтомата. Разработка пневматического дозатора компрессорной установки. Проектировочный расчет цепной передачи шнекового полуавтомата. Конструкция привода конвейера для производства шлакообразующих смесей.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 18.11.2017Состав и виды кондитерских изделий. Обзор возможных материалов для упаковки конфет. Критерии ее выбора. Подбор технического оборудования для производства упаковки, маркировки и контроля качества. Процесс производства парафинированной упаковочной бумаги.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 17.03.2011
