В статье представлена технология построения модели экструзионного оборудования для переработки вторичных разнородных полимерных отходов. Определены показатели работы экструзионного оборудования, которые должны моделироваться. Установлены входные и выходные параметры модели. Выбран метод реализации модели. Модель работы экструзионного оборудования по переработке разнородных полимерных отходов возможно использовать при разработке конструкций экструдеров с многосекционным шнеком, а также эксплуатации экструдеров определенной конструкции.
Ключевые слова: Математическая модель, интервал длины, шаг приращения текущей координаты длины шнека, номер шага прохождения тела цикла, секция шнека
Моделирование сложных систем
УДК 628.4.04-405
Дядичев В. В., д-р техн. наук, проф.
ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского»,
Колесников А. В., канд. техн. наук, доц.
ФГАОУ ВО «СевГУ»
ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЭКСТРУЗИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ РАЗНОРОДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальной научно-практической задачей является разработка технологий и оборудования по переработке разнородных полимерных отходов, которые относятся к группе наиболее сложно перерабатываемых в новые полезные изделия хорошего качества.
Требуемое качество вторичного изделия из разнородных полимерных отходов возможно технологией экструзии на модифицированном для этого технологическом оборудовании [1]. Усовершенствованное, таким образом, оборудование возможно в дальнейшем использовать в качестве экструдера среднего слоя процесса соэкструзии полимеров, что увеличит области использования, получаемых вторичных изделий.
Начальным этапом процесса экструзии является получение качественного полимерного расплава, обладающего однородным температурным полем, отсутствием пульсаций давления и гомогенностью [2]. Таким образом, при правильном проектировании процесса экструзии, как заключительного этапа переработки отходов разнородных полимерных материалов и полимерных смесей возможно совмещение в нем стадий предварительной подготовки сырья и основной переработки в изделие. При этом достигается значительная экономия энергии, так как процессы грануляции и агломерации являются очень энергоемкими [3].
ЦЕЛЬ
Целью построения модели работы экструзионного оборудования является разработать последовательное и связанное по всем параметрам математическое представление работы экструдера по переработке полимерных материалов с расчетом основных показателей работы экструзионного оборудования.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Под основными показателями работы экструзионного оборудования по переработке полимерных материалов будем понимать следующие характеристики: удельный расход экструдируемого полимерного расплава на выходе из экструдера; давление, развиваемое на выходе из экструдера; средняя толщина полос компонентов перерабатываемой полимерной смеси на выходе из экструдера.
Для адекватного моделирования работы экструдера с многосекционным шнеком в качестве исходных данных используются следующие типы параметров:
– геометрические размеры секций шнека;
– технологические параметры работы экструдера;
– геометрические размеры экструзионной головки;
– свойства перерабатываемой полимерной композиции.
Выходными параметрами математической модели являются следующие показатели переработки полимерных материалов под давлением:
– эпюры линейных скоростей и скоростей сдвига течения полимерной расплава;
– давление, развиваемое конструктивными элементами экструдера;
Сущность математического моделирования экструдера с многосекционным шнеком заключается в последовательном прохождении в алгоритме модели по длине шнека (от загрузочной воронки экструдера до соединительного патрубка экструдера с экструзионной головкой) и расчете основных характеристик его работы с накоплением результата или локально по координате длины шнека.
В качестве метода реализации математической модели работы экструдера с многосекционным шнеком использован метода Эйлера [4]. Отсчет координаты длины шнека ведется через фиксированные, задаваемые интервалы длины. Расчетные события в модели считаются наступившими в момент окончания этого интервала.
Метод Эйлера предпочтителен при моделировании работы экструдера с многосекционным шнеком, так как события появляются регулярно, их распределение по длине шнека достаточно равномерно; число расчетных точек велико и их появления последовательны [5].
Использованный метод управления координатой длины шнека реализует ситуацию, когда условия перехода из одной секции шнека в другую и геометрические параметры секций шнека в модели представляются функцией координаты длины шнека.
С целью реализации метода моделирования в главной программе вводятся следующие параметры моделирования:
· массив рассчитываемых точек длины шнека, мм – Li:array[1..1000];
· шаг приращения текущей координаты длины шнека, мм – dl;
· номер шага прохождения тела цикла – i.
Математическая модель работы экструдера с многосекционным шнеком в ее основной части представляет собой цикл с постусловием, заключающимся в сравнении наращенного значения Li[i] с рабочей длиной шнека L и выходе из цикла в случае, если Li[i]>L.
В конце каждого шага цикла происходит наращивание параметров моделирования i и Li[i] (рис. 1) по следующим формулам:
, (1)
, (2)
где Li[i-1] – длина шнека в текущем шаге цикла, мм;
Li[i] – длина шнека на следующем шаге цикла, мм.
Для определения принадлежности рассчитываемой координаты длины шнека к определенной секции шнека экструдера до начала цикла рассчитываются характерные переходные точки секций шнека: длина загрузочной и барьерной секций, мм – lzb; длина загрузочной, барьерной и секции декомпрессии, мм – lzbd; длина загрузочной, барьерной, декомпрессии и конической секции зоны дозирования, мм – lzbdk.
Рис. 1. Схема приращения расчетной длины и глубины канала по длине шнека
Алгоритм расчета выходных параметров математической модели регламентируется принадлежностью расчетной точки длины шнека определенной секции, а каждой секции соответствует своя процедура расчета.
ВЫВОДЫ
Модель работы экструзионного оборудования по переработке разнородных полимерных отходов возможно использовать при разработке конструкций экструдеров с многосекционным шнеком, а также эксплуатации экструдеров определенной конструкции.
Определены группы входных и выходных параметров, переменные, технология работы, принцип реализации модели работы экструзионного оборудования по переработке разнородных полимерных отходов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Джон Шайер Рециклинг пластмасс: наука, технологии, практика. М.: Изд. Научные основы и технологии, 2012. 635 с.
2. Калиновская Г. Д. Пути переработки отходов слоистых пластиков. Л.: Изд. Химия, 2007. 94 с.
3. Ким В.С. Диспергирование и смешение в процессах производства пластмасс. М.: Изд. Химия, 2008. 293 с.
4. Малин А.С., Мухин В.И. Исследование систем управления. М.: Изд. ГУ ВШЭ, 2002. 400 с.
5. Гоберман В.А., Гоберман Л.А. Основы производственного менеджмента: моделирование операций и управленческих решений. М.: Изд. Юрист, 2002. 336 с.
В статье представлена технология построения модели экструзионного оборудования для переработки вторичных разнородных полимерных отходов. Определены показатели работы экструзионного оборудования, которые должны моделироваться. Установлены входные и выходные параметры модели. Выбран метод реализации модели. Модель работы экструзионного оборудования по переработке разнородных полимерных отходов возможно использовать при разработке конструкций экструдеров с многосекционным шнеком, а также эксплуатации экструдеров определенной конструкции.
Математическая модель, интервал длины, шаг приращения текущей координаты длины шнека, номер шага прохождения тела цикла, секция шнека.
The article presents the technology of constructing a model of extrusion equipment for secondary processing of heterogeneous polymer waste. Determined performance of extrusion equipment, which should be modeled. Installed input and output parameters of the model. Selected method of implementing the model. Model operation of extrusion equipment for processing heterogeneous plastic waste may be used in the development of designs with multiple units screw extruders, as well as the operation of a particular design of extruders.
Mathematical model, interval length, increment the current position of the screw length, step to the cycle of the body number, section of the screw.
Библиографическая ссылка
Дядичев Валерий Владиславович, Колесников А. В. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЭКСТРУЗИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ РАЗНОРОДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ // . – . – № ;
URL: istmu2016.csrae.ru/ru/0-14 (дата обращения:
04.05.2024).
, (1)
, (2)