Масштабирование самоочищающихся экструдеров

Задача масштабирования двухшнековых экструдеров по основным технологическим параметрам их работы чаще всего стоит при переходе технологического процесса компаундирования с одного типоразмера экструдера на другой, например, переход с лабораторной на промышленную установку. При масштабировании двухшнековых экструдеров с однонаправленным вращением необходимо условие постоянства основных конструкционных (конструкция и геометрия наборных шнеков) и технологических (число оборотов шнека, одинаковый продукт на выходе, температура расплава, степень загрузки, удельная энергия привода, скорость сдвига, адиабатические условия эксплуатации) параметров.

На рис. 2.84 представлена схема основных контролируемых технологических параметров процесса компаундирования, которые должны оставаться постоянными при масштабировании.

Зависимость основных контролируемых технологических параметров процесса компаундирования может быть выражена исходя из уравнения энергетического баланса экструдера (2.13) следующим образом:

Рис. 2.84. Схема основных контролируемых параметров процесса компаундирования на двухшнековом экструдере

Разделив все члены уравнения на тс_;АТ, получим

Для каждого члена уравнения (2.46) можно получить критерий подобия П:

Таким образом, необходимым условием для масштабирования экструдеров при переходе с одного диаметра на другой является постоянство всех трех критериев подобия П,,, 11₀ и П ^ Основным рассчитываемым параметром при масштабировании экструдеров является производительность, поскольку многие производители компаундирующих двухшнековых экструдеров гарантируют конкретную производительность процесса компаундирования для заданного материала и размера установки при сохранении высокого качества композиции. Производительность экструдера т рассчитывается по следующей формуле

где т ₀ — производительность экструдера меньшего диаметра, кг/ч; В и В_{) — внешние диаметры рассчитываемого и заданного (меньшего диаметра) шнека; Л — коэффициент подобия, определяемый экспериментально (Л и 2-3).

Коэффициент подобия зависит от многих факторов, прежде всего от типа рассматриваемого процесса, рецептуры, материала и т. д. Производители компаундирующих экструдеров, имеющие обширный практический опыт в реализации двухшнековых экструдеров под конкретные задачи переработки, имеют, как правило, собственную базу экспериментальных данных, на основании которой могут рекомендовать те или иные значения коэффициента подобия для своих потребителей. На рис. 2.85 представлены зависимости производительности для двухшнековых экструдеров компании Кгаияъ Ма//е1 ВеШог/] от наружного диаметра шнека при масштабировании для различных процессов переработки.

Рис. 2.85. Экспериментально рассчитанные зависимости производительности экструдера от его диаметра

Например, в случае масштабирования для процесса дегазации рекомендуется использовать Л = 2, а в случае компаундирования при ограничении процесса по крутящему моменту и свободному объему коэффициент Л принимается равным 3.

Следует отметить, что представленный расчет производительности при масштабировании экструдеров весьма упрощен и носит приблизительный характер. Более точно производительность рассчитывается на основании результатов опыта. Существенным недостатком существующих расчетных методик для масштабирования экструдера является то, что они не универсальны при переходе с одного типа материала на другой.