Определение оптимальных параметров процесса экструдирования высоконаполненных пластмасс

Определение оптимальных параметров процесса экструдирования высоконаполненных пластмасс

Р.Ф.Сагитов, к.т.н., ОАОНИПИЭП;ЕА Фёдоров, нач.уст., ООО «Газпром добыча Оренбург»; Р.Н. Касимов, к.т.н., С.В. Василевская, к.т.н., Оренбургский ГУ; И.Д. Алямов, к.с.-х.н., П.А. Иванов, к.с.-х.н., Оренбургский ГАУ

Актуальность проблемы состоит в том, что в настоящее время в России большое внимание уделяется утилизации и вторичной переработке промышленных и бытовых отходов. Методы и способы переработки могут быть различными [1—3]. На наш взгляд, менее энергоёмким и экологически чистым способом переработки промышленных и бытовых отходов является экструдирование многокомпонентных смесей в пресс-экструдере для получения на выходе высококачественных облицовочных и строительных материалов.

В Оренбургском государственном университете в сотрудничестве с ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт экологических проблем» (г. Оренбург) был проведён комплекс экспериментов по определению оптимальных параметров процесса экструдирования высоконаполненных пластмасс. На основании полученных экспериментальных результатов были построены зависимости энергоёмкости N/Q от длины фильеры 1ф, мм и от процента связующих добавок C (состава компонентов) при различных угловых скоростях вращения шнека ю =30 мин-1, ю =45 мин-1, ю =60 мин-1, представленные на рисунках 1-3 [4-12].

Зависимость можно представить в виде функции:

N/Q = f

Подвергнув зависимость [1] аппроксимации полиномом второй степени с учётом межфакторного взаимодействия и исключив из уравнения незначимые коэффициенты, получили уточнённое уравнение регрессии:

^^ = 756,8066 + 2,980916Х1 - 2,3562625Х2 — -20,9961Х3+ 6,438023Х2 + 5,196949Х2 +

+ 10,72537 Х3,

где Х1 = -0,05С +1,5;

Х2 = 0,03331ф3;

Х3 = 0,0667 со-3.

Значимость уравнения регрессии 2 определяли по критерию Фишера [12].

Установлено, что при угловой скорости вращения шнека 60 об/мин минимальные удельные затраты энергии, которые может достичь пресс-экструдер, составляют 745 Вт • с/ч. При этом процент связующих добавок изменяется от 42 до 28%, длина фильеры от 84 до 108 мм, что обеспечивает удельные затраты энергии меньше 747 Вт •с/ч [4, 6, 8].

При угловой скорости вращения шнека 45 об/мин минимальные удельные затраты энергии составят 757 Вт • с/ч. При этом процент связующих добавок изменяется от 44 до 26%, длина фильеры — от 81 до 111 мм, что обеспечивает удельные затраты энергии меньше 758 Вт •с/ч [4, 6, 9].

При угловой скорости вращения шнека 30 об/мин минимальные удельные затраты энергии составят 785 Вт • с/ч, а процент связующих добавок изменяется от 42 до 28%, длина фильеры — от 81 мм до 108 мм, что обеспечивает удельные затраты энергии меньше 789 Вт •с/ч [4, 6, 8].

Энергоёмкость, N/Q, Дж/кг

801805

797801

793797

Длина фильеры, I, мм

Энергоёмкость N/Q, Дж/кг

772775

769772

766769

1

0.6

0.2 0.2

Длина фильеры, I, мм

Состав компонентов, С

Состав компонентов, С

Рис. 1 - Зависимость энергоёмкости М/^ от длины фильеры 1ф, от процента связующих добавок С, при угловой скорости вращения шнека ю = 30 мин-1

Рис. 2 - Зависимость энергоёмкости М/^ от длины фильеры 1ф, от процента связующих добавок С, при угловой скорости вращения шнека ю =45 мин-1

Состав компонентов, С

Рис. 3 - Зависимость энергоёмкости N/Q от длины фильеры 1ф, от процента связующих добавок C, при угловой скорости вращения шнека ю = 60 мин-1

Таким образом, проанализировав зависимости энергоёмкости процесса экструдирования высоко-наполненных пластмасс в зависимости от длины фильеры и содержания компонентов при трёх значениях угловой скорости вращения шнека, можно сделать вывод, что наименее энергоёмкий процесс осуществляется при угловой скорости вращения шнека 60 об/мин, проценте связующих добавок от 42 до 28%, длине фильеры — от 84 до 108 мм, причём удельные затраты энергии будут наименьшие.

Литература

1. Фёдоров Е.А., Сагитов Р.Ф. Утилизация и вторичная переработка отходов химических производств // Материалы и технологии XXI века: сб. ст. VIII Междунар. науч.-технич. конф. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. С. 189—191.

2. Фёдоров Е.А., Сагитов Р.Ф. Технология получения древесно-полимерных композитов методом экструзии // Инновати-

ка-2010: сб. матер. VI Всеросс. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с элементами научной школы(12-16апреля2010г.)'Томск:ТМЛ-Пресс, 2010.Т. 1. С, 188-189.

3. Фёдоров Е.А., Сагитов Р.Ф., Стародубцев А.В. Утилизация отходов деревоперерабатывающих, химических и пищевых производств методом экструзии // Современные промышленные технологии: матер. Всеросс. науч. и науч.-технич. конф. (Computer-Based Conferences). Декабрь 2009 г. Нижний Новгород: Нижегородский научный и информационно-методический центр «Диалог» (ННИМЦ «Диалог»), 2009 г. С, 31-33.

4. Полшцук В.Ю. Сагитов Р.Ф., Фёдоров Е.А. и др. Теоретические основы описания процесса движения высоконапол-ненных пластмасс в канале шнека // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 4. С. 137—141.

5. Полшцук В.Ю., Сагитов Р.Ф., Фёдоров Е.А. Течение высо-конаполненных пластмасс в канале прессующего механизма // Труды седьмой Всероссийской научной конференции с международным участием. Ч. 2: Моделирование и оптимизация динамических систем и систем с распределёнными параметрами. Самара: СамГТУ, 2010. С. 213.

6. Полшцук В.Ю., Сагитов Р.Ф., Рекун К.О. и др. Математическая модель процесса экструдирования высоконаполненных пластмасс // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 10. С. 165-168.

7. Фёдоров Е.А., Сагитов Р.Ф., Рекун К.О. Методика определения параметров эффекта процесса экструдирования высоконаполненных пластмасс // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. ст. VI Междунар. науч.-технич. конф. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. С. 254-255.

8. Гулак М.З., Баширов В.Д., Левин Е.В. и др. Анализ распределения температуры в канале одношнекового пресс-экструдера при производстве древесно-наполненных полимерных композитов с применением древесных опилок // Вестник Ижевского государственного технического университета. 2013. Вып. № 1 (57). С. 11-13.

9. Гулак М.З., Баширов В.Д., Алямов И.Д. и др. Технология получения древесно-наполненных полимерных композитов (ДПКТ) из целлюлозосодержащего сырья методом экструзии // Проблемы развития АПК региона: сб. ст. науч.-практич. журнала. № 1 (13). 2013. С. 63-70.

10. Баширов В.Д., Барышников М.Г., Гулак М.З. и др. Экономическая эффективность внедрения нового технологического объекта // Экономика и предпринимательство. 2013. № 10 (39). С. 521-523.

11. Гулак М.З., Баширов В.Д., Левин Е.В. Современные технологии сепарирования и переработки твёрдых бытовых отходов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 3 (47). С. 77-80.

12. Грачёв Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. М.: Пищевая промышленность, 1979. 200 с.