WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

БЕЛОБОРОДОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДИЕВНА РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДА РАСЧЕТА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ Специальность 05.02.13 – "Машины, агрегаты и процессы" ("Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности")

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа 2001

Работа выполнена на кафедре "Оборудование нефтехимических заводов" Стерлитамакского филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор, чл.-корр. АН РБ А. К. Панов Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Ф.Ш. Хафизов кандидат технических наук, доцент М.С. Бакиров Ведущая организация – Стерлитамакское ЗАО «Каустик»

Защита диссертации состоится " 7 " декабря 2001г. в 12.00 ч на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан " 6 " ноября 2001 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор И. Г. Ибрагимов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В новом тысячелетии развитие мировой экономики все в большей степени будет зависеть от темпов роста производства пластических масс, и уже сегодня его объем составляет более 100 млн. т/г., что сопоставимо с объемом производства металлов. Рост производства и потребления пластмасс приводит к увеличению количества бытовых и промышленных отходов. Их повторное использование позволит расширить сырьевую базу, а также улучшить экологическую обстановку.

Для превращения отходов термопластов в сырье, пригодное для последующей переработки в изделия, их необходимо предварительно обработать.

Измельчение является важным этапом подготовки отходов к переработке, так как степень измельчения определяет объемную плотность, сыпучесть и размеры частиц получаемого продукта. Регулирование степени измельчения позволяет повысить качество вторичного сырья за счет усреднения его технологических характеристик, сократить продолжительность других технологических операций. Все перечисленные факторы напрямую зависят от эффективности измельчающего оборудования.

При разработке методов расчета режущих измельчителей необходимо учитывать высокоэластические свойства перерабатываемых материалов, поскольку они оказывают существенное влияние на технологические параметры процесса измельчения.

Вторичное полимерное сырье, полученное после измельчения и грануляции, по своим физико-механическим свойствам отличается от первичного. Качество полимерного сырья зависит от его предыстории, поэтому для оценки оптимальных режимов дальнейшей переработки необходимо знать реологические и механические характеристики.

Вследствие разнообразия отходов и их свойств возникают определенные трудности при создании высокоэффективных и универсальных машин для измельчения. При наличии многочисленных предложений эффективного режущего оборудования для измельчения "мягких" полимерных отходов (пленок, мешков, лент) до сих пор нет.

Учитывая вышеизложенное, разработка высокоэффективной установки для вторичной переработки «мягких» полимерных отходов и метода расчета основных параметров процесса измельчения является актуальной и своевременной задачей.

Основные направления исследования определялись в соответствии с Государственными научно-техническими программами АН РБ «Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий» на 1996-1998гг., подпрограмма «Аппаратостроение» (постановление кабинета министров РБ №204 от 26.06.96), и «Концепцией и программой социально-экономического развития Республики Башкортостан на 1997-2000 гг. и до 2005 года» (постановление кабинета министров №3 от 12.01.98) по разделам «Совершенствование конструкций аппаратов с целью повышения эффективности и улучшения экологических условий на нефтехимических предприятиях Республики Башкортостан».

Цель работы. Создать стабильный процесс однородного измельчения «мягких» полимерных отходов. Получить математические зависимости, позволяющие рассчитать основные технологические параметры процесса измельчения. Провести экспериментальные исследования физикомеханических свойств вторичных полимеров для определения оптимальных режимов их дальнейшей переработки.

Основные задачи работы 1 Разработать и спроектировать конструкцию высокоэффективной установки для переработки "мягких" полимерных отходов.

2 Получить математические зависимости, позволяющие рассчитать основные технологические параметры процесса измельчения "мягких" полимерных отходов.

3 Экспериментально исследовать реологические свойства первичных и вторичных полимеров с целью проведения сравнительного анализа реологических характеристик.

4 Провести сравнительный анализ гидродинамических характеристик первичного и вторичного полимеров при истечении из формующих каналов со сложным поперечным сечением.

5 Исследовать эффект разбухания экструдатов первичных и вторичных полимеров при их истечении из формующих каналов сложного поперечного сечения.

6 Экспериментально изучить прочностные свойства полимеров до и после вторичной переработки и провести сравнительный анализ результатов.

Научная новизна - Получены новые математические зависимости, позволяющие рассчитать основные технологические параметры процесса измельчения полимерных отходов, рассматривающие влияние геометрических и кинематических параметров режущих органов измельчителя на величину усилия резания, необходимого для разрушения структурных связей полимера с учётом его высокоэластических свойств.

-Разработан новый процесс измельчения с применением установки для переработки «мягких» полимерных отходов (по патенту РФ №2116196).

Практическая ценность. На основании полученных математических зависимостей и результатов экспериментальных исследований разработана конструкция установки для вторичной переработки "мягких" полимерных отходов. В 2001 г. на Стерлитамакском ФГУП "Авангард" внедрено "Устройство для измельчения отходов пластмасс" (патент РФ №2116196).

Экономический эффект составил 181 568 руб. (в ценах I кв. 2001г.).

На разработанную конструкцию «Устройства для измельчения плёночных полимерных отходов» передана техническая документация для внедрения в производство в Стерлитамакское АО «Каустик».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: Межвузовская научно-практическая конференция «Экономический рост: проблемы развития науки, техники и совершенствования производства» (г. Стерлитамак, 1996г.); 48-я научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 1997г.); Научно-техническая конференция «Проблемы нефтегазового комплекса России» (г. Уфа, 1998г.); Республиканская научно-практическая конференция «Проблемы интеграции науки, образования и производства южного региона Республики Башкортостан» (г. Салават, 2001г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в семи научных трудах, получен один патент РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, четырёх приложений и списка литературы из 103 источников. Общий объём диссертации составляет 159 страниц.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, ее научная и практическая значимость, формулируются задачи и цель исследования.

Глава 1. Анализ конструкций и методов расчёта измельчителей полимерных материалов. (Литературный обзор) В главе дан анализ конструкций роторно-ножевых измельчителей полимерных материалов и методов их расчета. Показано, что при наличии многочисленных конструкций эффективного режущего оборудования для измельчения "мягких" полимерных отходов до сих пор нет. Известные конструкции при всех их положительных качествах обладают рядом существенных недостатков: сложность изготовления режущих узлов, быстрый износ ножей, узкий диапазон переработки отходов по их геометрическим размерам, оказание вредного воздействия на организм человека.

Анализ методов расчета измельчающего оборудования показал, что в настоящее время практически нет формул для определения производительности и мощности установок по измельчению «мягких» полимерных отходов (пленок, лент, мешков), рассматривающих влияние параметров режущих органов на величину усилия резания, необходимого для разрушения структурных связей полимера с учетом его высокоэластических свойств.

Глава 2. Разработка конструкции установки для измельчения "мягких" полимерных отходов и метода расчёта основных технологических параметров процесса измельчения На основании проведенного анализа конструкций измельчителей полимерных материалов на кафедре ОНХЗ Стерлитамакского филиала УГНТУ разработана и запатентована универсальная установка по измельчению "мягких" полимерных отходов, которая является самостоятельной единицей, способной перерабатывать широкий спектр полимерных отходов, и обладающая достаточно высокой производительностью при относительной простоте конструктивного оформления.

Конструкция установки представлена на рисунке 1. Она включает в себя корпус 1, ротор, состоящий из набора больших и малых 2 дисковых ножей (с зубьями, подобными циркулярной пиле), установленных на вал 4 и зафиксированных шпонкой 5. Неподвижный нож 6 выполнен ступенчато с выступами и впадинами, соответствующими зубьям больших и малых дисковых ножей и закреплён в разъёме корпуса винтами 7. В корпусе размещена решётка 8. К корпусу 1 подсоединён кожух 9, в котором расположены вальцы 10. Для крепления верхнего вальца предусмотрены штоки 11 и пружины 12, с помощью которых изменяется зазор между вальцами.

Вальцы имеют специальный профиль 13 рифов и впадин в виде кривой второго порядка. В месте соединения кожуха 9 с корпусом 1 предусмотрен проходной зев 14. С кожухом 9 соединён приёмный бункер 15, снизу и сверху которого размещены магнитоулавливатели 16.

Устройство для измельчения работает следующим образом. Отходы "мягких" полимеров подаются в приемный бункер 15, далее захватываются рифами вальцов 10. Уплотнения полотна добиваются, изменяя зазор между вальцами при помощи штоков 11 и пружин 12. Сформированное полотно из полимерных отходов далее направляется в зону резания. Зубьями дисковых ножей 2 и 3 полотно затягивается на неподвижный нож 6, где и измельчается на кусочки, и далее, проваливаясь через решетку 8, отсасывается воздуходувкой.

Конструкция больших 2 и малых 3 дисковых ножей позволяет, изменяя их диаметр, варьировать размеры получаемой крошки, обеспечивая большую насыпную массу измельчённого полимера и хорошую сыпучесть. Уменьшая или увеличивая число дисковых ножей в зависимости от ширины полотна полимера, подаваемого на измельчение, можно регулировать производительность установки.

1 2 11 12 14 4 5 6 8 7 9 10 Рисунок 1 - Универсальная установка по измельчению "мягких" полимерных отходов (патент РФ №2116196) Техническая и экономическая эффективность использования предлагаемой установки для измельчения "мягких" полимерных отходов состоит в том, что она позволит расширить сырьевую базу за счёт возврата в производство "мягких" отходов полимерных изделий; улучшить экологическую обстановку благодаря исключению вывоза указанного вида полимерных отходов на свалки.

Приведенная конструкция была разработана с использованием предлагаемого в данной работе метода расчета основных технологических параметров процесса измельчения, к которым относятся производительность установки G и мощность N, необходимая для осуществления измельчения полимера в требуемом количестве.

Производительность установки G, кг/с, определяли, исходя из необходимости получения измельченного материла заданного размера, по формуле G = g / t1, (1) t1 =, (2) n z g = b h zн, (3) где g- количество материала, отсечённого за один рез, кг; t1 - время одного реза, с; 1/n - время одного оборота ножа, с; z - число зубьев дискового ножа;

b - ширина дискового ножа, м; h - глубина пазов неподвижного ножа, м;

- толщина сформированного полотна, м; zн - количество дисковых ножей;

- плотность полимера, кг/м3.

Производительность захватывающих профильных вальцов Gв, кг/с, равная производительности установки G (рассчитанной по формуле 1), может быть определена по формуле Gв = В а vв Кш,р в, (4) где В - ширина профильных вальцов, м; а - зазор между вальцами, м;

vв - окружная скорость вальцов, м/с; Кш,р - коэффициент, учитывающий использование ширины вальцов и степень "разрыхления" материала; в - коэффициент использования машинного времени.

С использованием формулы (4) рассчитывали основные размеры элементов загрузочного устройства установки по измельчению отходов пластмасс (объём загрузочной камеры, ширину и диаметр профильных вальцов, зазор между вальцами, размеры проходного зева и т.д.).

Мощность, затрачиваемая на резание, N, Вт, зависит от числа резов в секунду nz и определяется по формуле A z N =, (5) 2 где А - работа резания, совершаемая за один рез, Дж; - угловая скорость дисковых ножей, с-1; z – число зубьев дисковых ножей; - коэффициент полезного действия.

Усилие, необходимое для развития сдвига в термопластах Рс, Н, определяли по формуле Рс = р L, (6) где р - разрывное напряжение для термопластов, Па; L - линия контакта дисковых ножей с полотном измельчаемого материала, м.

Разрывное напряжение для термопластов р, Па, определяли по формуле U m = К v exp (7) p (m R T), где К, m - постоянные, зависящие от вида полимера; v - скорость деформации растяжения, м/с; U - энергия активации процесса разрушения, кДж/моль; R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура, К.

Подставляя найденные значения в формулу (5), окончательно получали зависимость мощности установки от геометрических и кинематических параметров, а также от высокоэластических свойств полимеров:

U m K К v exp з н (m R T) (h + b) z z, N = (8) 2 где Кз – коэффициент, учитывающий силы трения из-за притупления ножей и зазор между дисковыми ножами и неподвижным ножом.

Полученные формулы (1) и (8) позволяют определить производительность и мощность устройства для измельчения "мягких" полимерных отходов, осуществив тем самым расчёт установки.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»