Воздушное или водяное охлаждение для нагревателей цилиндра экструдера - что лучше?

Системы водяного и воздушного охлаждения при экструзии и литье под давлением обеспечивают устранение избыточной температуры, вызываемой сдвигами. В простую замкнутую систему контроля разных зон оборудования входит подводка тепла от электронагревателей, термодатчиков и контроллеров. Тепловая энергия создается от внешних источников нагрева, таких как газовые горелки или хомутовые электронагреватели. Вывод лишнего тепла обеспечивается протеканием продукта или теплопотерями, обусловленными состоянием окружающей среды. Термодатчик считывает температуру и подает сигнал контроллеру, который приводит нагревательные элементы к работе и отключает их.

При некоторых процессах работы оборудования генерация тепла может сопровождаться механическими силами или химическими реакциями. Здесь требуется охлаждение и дополнительное тепло для поддержки точных термических показателей.

 

Воздушное или водяное охлаждение для нагревателей цилиндра экструдера - что лучше?


Свойства водяной и воздушной систем охлаждения

Именно вода и воздух являются основными источниками для проведения охлаждения. Охлаждающая способность каждого из этих источников зависит от таких физических характеристик как удельная теплоемкость, плотность и проводимость тепла.


Свойство

Вода

Воздух

Состояние

Удельная теплоемкость

4,18

1,01

При 60⁰F (15.5⁰C)

Теплопроводность

0,6

0,028

При 60⁰F (15.5⁰C)

Плотность

980

1,067

При 60⁰F (15.5⁰C)

К удельной теплоемкости относится способность охладителя поглощать тепловую энергию. Это количество энергии, измеряемое в джоулях, необходимое для поднятия температуры: 1 гр. Массы на 1 °C.

К теплопроводности относится способность передачи тепла. Измеряют ее в Ваттах на метр Кельвина.

Плотность говорит о мере массы. Плотные материалы лучше удерживают тепло.

В сегодняшней теме единицы измерения для нас не являются самыми важными показателями. Нам более важны отличия в цифрах. Исходя из табличных данных, мы видим, что вода в четыре раза больше способна поглощать тепло, чем воздух. У нее в 21 раз больше способности проводить тепловую энергию и практически в 1000 раз лучше способность удерживания тепла и отвода ее от процесса. То есть вода лучше и быстрее отводит тепло, а воздух попросту его рассеивает.

Специфика отведения тепла при экструзивной и литьевой обработке материалов

Литье под давлением и экструзия относятся к основным способам формовки изделий из полимеров. В процессе работы экструдера тепло возникает не только лишь за счет работы хомутовых электронагревателей, установленных на цилиндр оборудования, но и благодаря сдвиговым силам, которые создаются при работе шнека внутри цилиндрической оболочки. При циркуляции шнека его лопасти перемещают гранулированный полимер по длине ствола, и он передвигается по внутренней поверхности цилиндра. За счет трения возникает тепло и при не контролированном возрастании температуры материал может перегреться или даже получить ожог. У большей части моделей экструдеров имеются системы воздушного или водяного охлаждения, что позволяет удалять лишнее тепло произведенное сдвигом.

У систем воздушного охлаждения воздух воздействует на материал за счет работы электрических воздуходувок, прикрепленных к металлическому кожуху. Кожух направляет воздушный поток через нагревательные элементы и ствол еще перед тем, как воздушная масса выйдет в окружающее пространство. Специальные контроллеры обеспечивают своевременное включение и отключение воздуходувок. Кожухи охлаждения из листов нержавеющей стали с вентиляторами можно заказать как отдельное охлаждающее устройство, а можно сразу с нагревательными элементами у компании «ТЭН24».

Электронагреватели для экструдеров могут состоять из разных материалов. Не можно с точностью утверждать, что какой-то из них в той или иной мере лучше или хуже справляется с функцией нагрева цилиндрической поверхности оборудования, каждый из них направлен на решение определенных задач. Одни производят быстрый выход на нужный температурный режим и быстро сбрасывают температуру, а другие дольше разогреваются и также долго удерживают задаваемый терморежим.


Воздушное или водяное охлаждение для нагревателей цилиндра экструдера - что лучше?


Обогреватели цилиндра, используемые в экструзии полимеров:

Керамические ленточные нагреватели — за счет своей гибкости легко устанавливается и принимает форму цилиндра экструдера. Создан из наборной керамики. Максимально способен подавать температуру до 500 градусов Цельсия. Зачастую его используют там, где применение хомутовых и плоских нагревателей невозможно.

Керамические кольцевые нагреватели — необходимы, когда требуется высокотемпературный нагрев до 700 градусов включительно. Нагреватель может поставляться сразу с термопарой типа К для точного контроля температурной подачи. Керамические кольцевые ТЭНы энергоэффективны и быстро достигают заданной температуры.

Миканитовые кольцевые нагреватели — отличный вариант для участков, где требуется супертонкая поверхность нагревательного устройства. Температурная подача до 350 градусов Цельсия. На миканите может быть выполнено любое количество отверстий и зазоров. Но, стоит помнить, что чем больше отверстий, тем меньшей будет поверхность теплоотдачи нагревателя. Это одни из самых энергоэффективных устройств обладающих быстрым выходом на рабочую температуру.


Воздушное или водяное охлаждение для нагревателей цилиндра экструдера - что лучше?


Литые алюминиевые нагреватели — долговечные и обладающие большой площадью поверхности устройства характеризуются высокой скоростью охлаждения. Для компенсации большой площади нагрева литой ТЭН может быть снабжен ребрами из листовой стали, которая поможет отвести тепло от процесса. Наличие ребер позволяет создать большую площадь поверхности, по которой протекает воздух. Примеры таких нагревательных элементов представлены на фото ниже.

Такую концепцию можно использовать и для других процессов.

Представленные две методики повышают эффективность охлаждения воздухом и направлены на увеличение воздушных потоков и увеличение площади поверхности охлаждаемой детали или процесса.

Система водяного охлаждения подразумевает протекание жидкости по специальным трубкам, отлитых в литых алюминиевых нагревательных элементах, либо в трубках, помещенных в пазы. Пазы при этом проделываются в самом цилиндре. Трубки охлаждения соединены с замкнутой системой, в которую включены помпы, чиллер или теплообменник. У системы водяного охлаждения насос (помпа) работает в непрерывном цикле, увеличивая расход электроэнергии. Жидкость постоянно должна протекать, чтобы не превращаться в пар. В противном случае процесс будет нестабильным.


Воздушное или водяное охлаждение для нагревателей цилиндра экструдера - что лучше?


Стоимость систем охлаждения воздухом и водой

Охлаждение воздухом осуществляется при помощи кожуха и вентиляторов. Кожух изготовлен из металлического листа стандартной маркировки, к нему и крепится вентилятор. Ленточные нагреватели из наборной керамики оснащенные ребрами являются экономически выгодными. Сравнительно с иными типами литых нагревательных устройств их цена на 50-60% будет ниже. Алюминиевые литые ТЭНы способны работать в среднем на 30% больше, чем аналоги с водяным охлаждением. Самыми дорогими элементами водяного охлаждения являются насос, водопровод и теплообменник либо чиллер. В конечном счете, использование и сама установка водяной системы охлаждения в полтора раза дороже системы воздушного охлаждения.

Обслуживание систем охлаждения воздухом и водой

Системы водяного охлаждения со временем могут выходить из строя из-за того что забились охладительные трубки или на каком-то участке случилась утечка. Зачастую трубки забиваются минеральными отложениями или биологическими скоплениями. Поэтому, чтобы снизить риск закупорки трубок, рекомендовано использовать только дистиллят. Также замена литых Тэнов может занять много времени и предоставить немало хлопот. В случае же воздушной системы охлаждения все намного проще, быстрее и дешевле.

РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Работа этих двух систем охлаждения значительно разниться не только по принципу действия, но и по затратам энергоресурсов.

Зависимо от типа смолы, водяная система охлаждения требует свыше 7% (для ПЭНП) до 80%(для ПЭТ) большего энергопотребления, чем воздушные системы охлаждения. К примеру, одно исследование показало, что воздушная система охлаждения, установленная в 3,5-дюймовый экструдер потребила на 23% меньше электроэнергии сравнительно с водяной системой охлаждения, где постоянно работает насос.

НАДЕЖНОСТЬ

Стоит учесть, что системы с водяным охлаждением могут быть более нестабильными, чем системы с воздушным охлаждением. В дополнение к способности превращать воду в пар, водяное охлаждение дает оператору возможность переохлаждать определенные области. В любом случае температура на протяжении всей длины шнека может быть нестабильной.

Очевидным будет сделать вывод, что воздушное охлаждение намного экономически выгодней. Но, также следует учесть и тот факт, что с помощью воздуха не удастся рассеять на некоторых участках оборудования достаточно тепла для обеспечения необходимого контроля. Для экструзии пластика эта точка предназначена для цилиндров размером от 4,5 до 6 дюймов. По мере того как внешний диаметр ствола увеличивается, увеличивается и толщина стенки, следовательно, возрастает и общая масса.

В дальнейшем, возможно, будут разработаны отношение площади поверхности к массе, которые помогут четче очертить границы между эффективностью двух представленных способов охлаждения.

Несмотря на это, описанные принципы могут быть применены ко многим процессам, требующим охлаждения. Каждый процесс необходимо будет оценить, чтобы определить, какой метод охлаждения является наиболее экономически эффективным и наиболее выгодным для производства.





Возврат к списку


.

Задать вопрос

Логотип ТЭН 24
Для того, чтобы купить нагреватели или задать вопрос специалисту заполните форму или просто позвоните по телефонам