Процеси та обладнання перероблення термопластичних матеріалів з використанням вторинної сировини
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Процеси та обладнання перероблення термопластичних матеріалів з використанням вторинної сировини
|
|
| Creator |
Мікульонок, Ігор Олегович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». Київ, 2009. Дисертацію присвячено створенню наукових засад розробки та вдосконалення процесів та обладнання комплексного перероблення термопластичних матеріалів (ТпМ) з використанням вторинної сировини, що забезпечує можливість визначення раціональних конструктивних параметрів обладнання та режимів його роботи, а отже – і заощадження енергетичних та матеріальних ресурсів, а також зменшення забруднення навколишнього середовища. Розроблено загальні принципи вибору обладнання та узагальнену математичну модель процесів перероблення ТпМ з використанням вторинної сировини, яка враховує як дисипативні джерела енергії, так і джерела енергії, пов’язані з перетвореннями в об’ємі маси, а також реальні граничні умови на поверхні об’єму перероблюваного ТпМ. Також розроблено або вдосконалено математичні моделі одно- і двочерв’ячних екструдерів (з одно- і різноспрямованим обертанням черв’яків), валкових машин, роторного змішувача, а також пристроїв для термообробки. Досліджено вплив параметрів обладнання і режимів його роботи на ефективність процесів перероблення. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.17.08 – процессы и оборудование химической технологии. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». Киев, 2009. Диссертация посвящена созданию научных основ разработки и усовершенствования процессов и оборудования переработки реологически сложных сред – термопластичных материалов (ТпМ) с использованием вторичного сырья, что даёт возможность проектирования эффективного полимерперерабатывающего оборудования, экономии материальных и энергетических ресурсов, а также уменьшения загрязнения окружающей среды, что в полной мере отвечает концепции устойчивого развития. Выполнена классификация методов утилизации полимерных отходов, классификация ТпМ, а также оборудования для их переработки. Разработаны общие принципы выбора оборудования и обобщённая математическая модель процессов переработки ТпМ с использованием вторичного сырья, учитывающая диссипативные источники энергии и источники энергии, связанные с превращениями в объёме массы, состав и свойства перерабатываемых ТпМ, а также реальные граничные условия на поверхности объёма перерабатываемого материала. Разработаны укрупнённые алгоритмы расчёта технологической линии для непрерывной переработки указанных материалов и её основного оборудования: роторных смесителей, вальцов, каландров, червячных экструдеров и устройств для термообработки. На основании обобщённой математической модели разработаны или усовершенствованы математические модели указанного оборудования, а также исследовано влияние его параметров и режимов работы на эффективность процессов переработки. Сформулирована обобщённая математическая модель процесса червячной экструзии ТпМ с использованием вторичного сырья, учитывающая реальные геометрические, скоростные и температурные параметры рабочих органов, состав перерабатываемых материалов, а также рассматривающая процесс в системе координат, движущейся вместе с выделенным для анализа объёмом, ограниченным одним витком нарезки червяка. На основании обобщённой модели червячной экструзии разработаны математические модели и алгоритмы расчёта двухчервячных экструдеров с одно- и разнонаправленным вращением червяков, в которых учтены реальные условия на ограничительных поверхностях рабочих органов. Уточнена методика определения диссипативных источников энергии, а также источников энергии, связанных с преобразованиями в объёме ТпМ. Разработаны математические модели роторного смесителя для неньютоновской и ньютоновской (степенной) моделей перерабатываемых ТпМ, в которых учтено влияние как серповидных зазоров, образуемых передними поверхностями роторов и стенкой смесительной камеры, так и минимальных зазоров, образуемых гребнями роторов и смесительной камерой. Усовершенствована методика определения времени смешения ТпМ в роторных смесителях. Исследовано влияние геометрических и скоростных параметров смесителя на энергосиловые характеристики процесса. Показано, что эффективная эксплуатация роторного смесителя возможна до достижения минимальным зазором величины 4,5...5,5 мм, после чего рабочие органы необходимо восстанавливать. Усовершенствована математическая модель переработки ТпМ в межвалковом зазоре валковых машин (вальцов, плёночных и листовальных, а также гладильных каландров) для ньютоновской модели перерабатываемых ТпМ. Показано, что с уменьшением коэффициента фрикции температура высоконаполненных ТпМ в межвалковом зазоре возрастает, причем локальная температура может возрастать на 25…30 °С. Установлено, что уменьшение температуры и скорости валков гладильного каландра, а также толщины листовой заготовки может привести к преждевременному затвердеванию материала по всей его толщине. Также усовершенствована методика определения времени вальцевания ТпМ. Усовершенствованы математические модели систем термообработки полученных материалов, полуфабрикатов и изделий в зависимости от их формы и структуры. Исследовано влияние условий термообработки на эффективность её проведения. Также разработаны математические модели процессов охлаждения гранул и стренг, учитывающие зависимость теплофизических свойств ТпМ от температуры и не предусматривающие определения коэффициентов теплоотдачи от поверхности гранул и стренг к охлаждающей среде. Проведены численные исследования процесса охлаждения гранул в потоках воздуха и воды с целью определения влияния их турбулизации на скорость охлаждения. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, в частности рекомендации по выбору принципиальных схем и конструктивного оформления, а также алгоритмы и программы расчёта параметров и режимов работы оборудования для переработки ТпМ с использованием вторичного сырья, внедрены в ряде отечественных и зарубежных организаций. На основании исследований спроектированы, изготовлены и внедрены энергоэффективные образцы оборудования для переработки материалов на основе высокомолекулярных соединений: смесительного, валкового, экструзионного, охлаждающего оборудования, а также оборудования для утилизации полимерных отходов. Результаты исследований защищены охранными документами на изобретения и полезные модели, десять из которых внедрены в производство. Thesis for Doctor of sciences (engineering) degree on speciality 05.17.08 – Processes and the equipment of chemical technology. National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnic institute». Kyiv, 2009. The dissertation is devoted to creation of scientific bases of development and improvement of processes and the equipment for complex processing thermoplastics with use of secondary raw material. It will provides an opportunity of definition of rational design data of the equipment and modes of its work, economy of power and material resources and reduction of environmental contamination. The general principles of a choice of the equipment and the generalized mathematical model of processes of processing thermoplastics with use of secondary raw material which considers as dissipation energy sources and the energy sources connected with transformations in volume of thermoplastic, and also real conditions on restrictive surfaces of working bodies of the equipment are developed. Also mathematical models single- screw and twin-screw extruders with the corotating and counter-rotating screws roll machines, mixer with complex-shaped rotors and systems of heat treatment thermoplastics are developed or advanced. Influence of parameters of the equipment and modes of its work on efficiency of processes of processing is researched. |
|
| Date |
2010-06-10T09:38:04Z
2010-06-10T09:38:04Z 2009 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/361
|
|
| Language |
uk
|
|