Расчет критериальных показателей процесса экструзии

Расчет производительности экструдера

,  

где объемный расход потока расплава в экструдере определяется рабочей точкой экструдера – точкой пересечения внешних характеристик шнека экструдера  

,

,

и плоскощелевой экструзионной головки

, .

.

Расчет энергопотребления экструдера (целевая функция)

.

Расчет индекса термической деструкции экструдата

,

где

.

В математической модели использованы следующие обозначения:

 – параметры расчетной схемы моделирующих потоков, зависящие от индекса течения расплава n;

 – шаг нарезки шнека экструдера, м;

 – безразмерный градиент давления в циркуляционном потоке;

 – безразмерный градиент давления в поступательном потоке;

 – диаметр шнека экструдера, м;

 – энергопотребление экструдера, Вт;

 – энергия активации процесса термической деструкции, Дж/моль;

 – коэффициент влияния боковых стенок канала шнека на вынужденный поток расплава;

 – коэффициент влияния боковых стенок канала шнека на поток расплава под давлением;

 – коэффициент влияния боковых стенок головки на поток расплава;

 – производительность экструдера, кг/с;

 – глубина канала шнека экструдера, м;

 – индекс термической деструкции экструдата, %;

 – длина шнека экструдера, м;

 – давление расплава полимера на выходе из канала шнека, Па;

 – начальное давление расплава полимера, Па;

 – давление расплава на входе в головку, Па;

 – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

 – объемный расход потока расплава в экструдере, м³/с;

 – объемный расход вынужденного потока расплава в экструдере, м³/с;

 – температура расплава полимера на выходе из канала шнека, °С;

 – температура эквивалентного режима процесса деструкции, °С;

 – температура плавления полипропилена, °С;

 – температура приведения, °C;

 – температура шнека экструдера, °C;

 – составляющая окружной скорости шнека, действующая поперек канала шнека, м/с;

 – составляющая окружной скорости шнека, действующая вдоль оси канала шнека, м/с;

 – ширина канала шнека экструдера, м;

 – длина канала шнека экструдера, м;

 – температурный коэффициент вязкости расплава полипропилена, 1/°С;

 – удельная теплоемкость расплава полипропилена, Дж/(кг×°C);

 – осевая толщина витков нарезки шнека экструдера, м;

 – коэффициент гидравлического сопротивления головки, м³;

l – длина щели головки, м;

 – индекс течения (псевдопластичности) расплава полипропилена;

w – ширина плоского зазора щели головки, м;

 – относительный объемный расход потока расплава в экструдере;

 – коэффициент теплоотдачи от корпуса к расплаву, Вт/(м²×°C);

– коэффициент теплоотдачи от расплава к шнеку, Вт/(м²×°C);

 – толщина плоского зазора щели головки, м;

 – безразмерная координата сечения нулевого напряжения вязкого трения в циркуляционном потоке;

 – безразмерная координата сечения нулевого напряжения вязкого трения в поступательном потоке;

 – коэффициент консистенции расплава полипропилена, Па×сⁿ;

 – коэффициент консистенции расплава полипропилена при температуре приведения, Па×сⁿ;

 – плотность расплава полипропилена, кг/м³;

 – эквивалентное время, соответствующее необратимому изменению цвета материала при термодеструкции, с;

 – среднее время пребывания полимерного материала в экструдере, с;

 – угол наклона витков нарезки шнека экструдера, град;

c – геометрическая степень сжатия полипропилена.