2.4 Тепловий розрахунок

Переробка полімерних матеріалів у вироби методом екструзії супроводжується складними тепловими процесами. Розрахунок теплового балансу екструдера (тобто рівність теплоти яка підводиться та відводиться) дозволяє установити найбільш оптимальні режими переробки, дає можливість зрозуміти вплив технологічних параметрів на продуктивність екструдера та якість готової продукції.

На основі теплових розрахунків визначається кількість та потужність зовнішніх нагрівачів.

Тепловий розрахунок екструдера складається з теплових розрахунків для пускового періоду і для періоду встановленої роботи машини.

Загальне рівняння теплового балансу екструдера має вигляд

ƩQ_надх. = ƩQ_витр. [3, с. 58]

тобто

Q_н + Q_ч + Q_екз = Q_м + Q_д + Q_о.в + Q_o.п, (2.14)

де Q_н – кількість теплоти, яка надходить від зовнішніх нагрівачів, Вт;

Q_ч – кількість теплоти, яка виділяється за рахунок механічної роботи

черв'яка , Вт;

Q_екз – кількість теплоти, яка виділяється за рахунок екзотермічної

реакції (при пластикації полімеру), Вт;

Q_m – кількість теплоти, яка витрачається на нагрів матеріалу

(полімеру – для періоду роботи машини, або матеріалу

циліндра – для періоду пуску);

Q_д – втрата теплоти в довкілля, Вт;

Q_o.в – кількість теплоти, яка відводиться водою, Вт;

Q_o.п – кількість теплоти, яка відводиться повітрям, Вт.

2.4.1 Тепловий баланс для пускового періоду

В період пуску машини тепло витрачається на нагрів матеріального

циліндра та компенсацію теплових витрат в довкілля корпусом екструдера.

Відносно Q_{н ,} Вт, рівняння теплового балансу для пускового періоду має вигляд

Q_н = Q_ц + Q_д , (2.15)

де Q_ц – тепло, яке необхідно для розігріву матеріального циліндра

машини, Вт;

Q_д – втрати теплоти корпусом екструдера (циліндром) в довкілля, Вт.

2.4.1.1 Тепло, яке необхідно для розігріву циліндра Q_{ц ,} Вт, розраховується за формулою [3, с. 58]

_, (2.16)

де М_ц – маса циліндра, кг;

С_{ц н} – теплоємність матеріалу циліндра (сталі), Дж/кгК,

С_ст = 500 Дж/кгК, (довідкові дані);

Т_к – кінцева температура нагріву, К або ^оС, (за рецептурою),

Т_к = 130°С,

Т_п – початкова температура, К або ^оС, приймається 21 ^оС;

τ – час розігріву машини, с, (за виробничими даними),

τ = 3600 с;

Маса циліндра М_ц., кг, розраховується за формулою

_{, (2.17)}

де V_ц - об'єм матеріального циліндра, м³;

ρ_ст - густина матеріалу циліндра, кг/м³ ,

ρ_{ст =} 7850 кг/м³ (довідкові дані);

_{, (2.18)}

_{Lц – довжина циліндра, м, (визначається з відношення L/D);}

м;

D_з.ц – зовнішній діаметр циліндра, м;

D_вн.ц – внутрішній діаметр циліндра, м;

, (2.19)

де D_ч – діаметр черв'яка, м, (за вихідними даними);

δ_заз.– зазор (проміжок) між черв'яком та внутрішньою стінкою

циліндра м, приймається в залежності від діаметра черв'яка

_{; [2, с. 95]}

_{δзаз = 0.005 · 0.125 = 0.000625м;}

м;

D_з.ц = D_вн.ц + 2δ_ст , (2.20)

де δ_ст – товщина стінки циліндра, м, (приймається δ_ст = 0.02 ¸ 0.05м)

D_з.ц = 0,1263 + 2·0,04 = 0,206м,

м³;

кг;

Вт.