Optymalizacja i modelowanie procesu wytłaczania tworzyw polimerowych

Nastaj, Andrzej

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Optymalizacja i modelowanie procesu wytłaczania tworzyw polimerowych

Autorzy

Nastaj Andrzej

Identyfikatory

Warianty tytułu

Optymalization and modeling for polymer extrusion

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy podjęto problem zintegrowanego modelowania optymalizującego procesu wytłaczania tworzyw polimerowych, obejmującego zagadnienie optymalizacji wytłaczania na podstawie modelu komputerowego procesu. W celu rozwiązania tego zadania opracowano własne, oryginalne narzędzie optymalizujące (program komputerowy) i zintegrowano je z systemem modelowania procesu wytłaczania. Zagadnienie optymalizacji rozwiązano przy zastosowaniu technik ewolucyjnych (algorytmów genetycznych), w odniesieniu do dwóch technik wytłaczania – tradycyjnego wytłaczania jednoślimakowego z zasilaniem grawitacyjnym oraz niekonwencyjnego wytłaczania jednoślimakowego z dozowanym zasilaniem. Rozwiązania modelowe jak i optymalizacyjne w odniesieniu do wytłaczania z dozowanym zasilaniem są w całości oryginalne i jak dotąd niedostępne na świecie. Opracowany, oryginalny program komputerowy GASEO umożliwia optymalizację procesu wytłaczania z dowolną liczbą zmiennych optymalizowanych, przy różnych kryteriach optymalizacji procesu i praktycznie nieograniczonej dokładności przeszukiwania powierzchni odpowiedzi badanego procesu. Opracowana procedura optymalizacji ma charakter uniwersalny i może być stosowana do optymalizacji innych odmian procesu wytłaczania, a także do optymalizacji innych procesów przetwórstwa. Warunkiem stosowania tej procedury jest dysponowanie odpowiednim modelem komputerowym badanego procesu. Opracowane procedury modelowe i optymalizacyjne zweryfikowano doświadczalnie, potwierdzając skuteczność proponowanych rozwiązań. Wyniki pracy potwierdzają ograniczenie optymalizacji procesu wytłaczania na podstawie badań doświadczalnych ze względu na zbyt duża liczbę niezbędnych prób eksperymentalnych. Wskazano przyszłe kierunki badań modelowych procesu wytłaczania, m.in. zagadnienie skalowania procesów przetwórczych.

The thesis addresses the problem of integrated optimization modeling for polymer extrusion which includes the issue of extrusion optimization based on the computer model of the process. To solve this task, an original optimization tool (computer program) has been developed and integrated with the modeling system of extrusion process. An optimization problem has been solved using evolutionary techniques (genetic algorithms), with reference to two extrusion techniques, traditional single-screw extrusion with gravitational feeding, and non-conventional single-screw extrusion with metered feeding, i.e. starve fed extrusion. Modeling and optimization solution with regard to the starve fed extrusion are absolutely original and so far unavailable in the world. The developed GASEO computer program makes it possible to optimize extrusion process with any number of optimized variables, with different criteria of process optimization and virtually unlimited accuracy of searching the response surface of the tested process. The developed optimization procedure is universal and can be used to optimize other extrusion processes, as well as other processing processes. The condition for using this procedure is to have an appropriate computer model of the process. The developed model and optimization procedures have been verified experimentally, confirming the effectiveness of the proposed solutions. The results of the research confirm the limitations of optimization of the extrusion process based on the experimentations due to the large number of necessary experimental tests. Future directions of modeling research of the extrusion process have been indicated, e.g. the issue of scaling-up in polymer processing.

Słowa kluczowe

tworzywa polimerowe wytłaczanie tworzyw polimerowych optymalizacja procesu wytłaczania modelowanie procesu wytłaczania skalowanie procesów przetwórczych

polymer materials polymer extrusion optimization of extrusion process modelling of extrusion process process scaling

Wydawca

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej

Czasopismo

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

Rocznik

2018

Tom

z. 268

Strony

3--87

Opis fizyczny

Bibliogr. 93 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nastaj Andrzej

Zakład Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych

Bibliografia

[1] Wilczyński K.: Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2001.
[2] Underwood W.M.: Chem. Eng. Prog. 1962, 58, 59.
[3] Verbraak C.P.J.M., H. Meijer: Polym. Eng. Sci. 1989, 29, 479, doi: https://doi.org/10.1002/pen.760290708.
[4] Płochocki A.P.: Polimery 1974, 19, 76.
[5] Płochocki A.P.: Polimery 1974, 19, 156.
[6] Stasiek J.: Polimery 1994, 40, 214.
[7] Stasiek J.: Polimery 1997, 42, 14.
[8] Maddock B.H., Smith D.J.: SPE Journal 1972, 28, 1972.
[9] Helmy H.A.A., Parnaby J.: Polym. Eng. Sci. 1976, 16, 437, doi: https://doi.org/10.1002/pen.760160609.
[10] Potente H., Krell B.: ANTEC 1997, Toronto, Canada 1997.
[11] Potente H.: Kunststoffe Plast. Europe 1999, 1, 27.
[12] Potente H., Hanhart W., Schoppner V.: Int. Polym. Proc. 1993, 8, 335, doi: https://doi.org/10.3139/217.930335.
[13] Potente H., Hanhart W., T. Reski.: Polym. Eng. Sci. 1994, 34, 937, doi: https://doi.org/10.1002/pen.760341111.
[14] Potente H., Schoppner V., Ujma A.: J. Polym. Eng. 1997, 17, 153, doi: https://doi.org/10.1515/polyeng.1997.17.2.153.
[15] Lafleur P.G., Thibodeau C.A.: ANTEC 2000, Orlando 2000.
[16] Lafleur P.G., Thibodeau C.A.: PPS-16 Annual Meeting, Shanghai, Chiny 2000.
[17] Amellal K., Lafleur P.G.: Plast. Rubber Composites Process. Appl. 1993, 19, 227.
[18] Vincelette A.R., Guerrero C.S., Carreau P.J., Lafleur P.G.: Int. Polym. Process. 1989, 4, 232, doi: https://doi.org/10.3139/217.890232.
[19] Wilczyński K., Nastaj A., Krutysz P.: Mechanik 2003, 618.
[20] Wilczyński K.: Polym. Plast. Technol. Eng. 1996, 35, 449, doi: https://doi.org/10.1002/pen.22103.
[21] Wilczyński K.: J. Mater. Proc. Technol. 2001, 109, 308, doi: https://doi.org/10.1016/s0924-0136(00)00821-9.
[22] Covas J.A., Cunha A.G., Oliveira P.: Intern. J. Forming Process. 1998, 1, 323.
[23] Covas J.A., Cunha A.G., Oliveira P.: Polym. Eng. Sci. 1999, 39, 443, doi: https://doi.org/10.1002/pen.11434.
[24] Covas J.A., Cunha A.G.: PPS-16 Annual Meeting, Shanghai, Chiny 2000.
[25] Covas J.A., Cunha A.G.: Int. Polym. Process. 2001, 16, 229, doi: https://doi.org/10.3139/217.1652.
[26] Cunha A.G., Covas J.A., Vergnes B.: PPS-18 Annual Meeting, Guimaraes, Portugalia 2002.
[27] Cunha A.G., Poulesquen A., Vergnes B., Covas J.A.: Int. Polym. Process. 2002, 17, 202, doi: https://doi.org/10.3139/217.1701.
[28] Covas J.A., Cunha A.G., Vergnes B.: Polym. Eng. Sci. 2005, 45, 1159, doi: https://doi.org/10.1002/pen.20391.
[29] Wilczyński K., Nastaj A., Abramczyk P.: Mechanik 2004, 470.
[30] Wilczyński K., Nastaj A.: Mechanik 2005, 606.
[31] Wilczyński K., Nastaj A.: IMECE 2006, Chicago 2006, doi: https://doi.org/10.1115/imece2006-13074.
[32] Covas J.A., Cunha A.G.: Int. Polym. Process. 2009, 24, 67, doi: https://doi.org/10.3139/217.2200.
[33] Covas J.A., Cunha A.G.: PPS-27 Annual Meeting, Marrakesh, Maroko 2011.
[34] Fernandes C., Pontes A.J., Viana J.C., Cunha A.G.: Polym. Eng. Sci. 2010, 50, 1667, doi: https://doi.org/10.1002/pen.21652.
[35] Fernandes C., Pontes A.J., Viana J.C., Cunha A.G.: Int. Polym. Process. 2012, 27, 213, doi: https://doi.org/10.3139/217.2511.
[36] Wilczyński K.J., Nastaj A., Lewandowski A., Wilczyński K.: Polym. Eng. Sci. 2014, 54, 2362, doi: https://doi.org/10.1002/pen.23797.
[37] Wilczyński K.J., Lewandowski A., Nastaj A., Wilczyński K.: Adv. Polym. Technol. 2015 (published on-line), doi: https://doi.org/10.1002/adv.21570.
[38] Wilczyński K.J., Lewandowski A., Nastaj A., Wilczyński K.: Int. Polym. Process. 2016, 31, 82, doi: https://doi.org/10.3139/217.3154.
[39] Wilczyński K., White J.L.: Polimery 2008, 53, 754.
[40] Wilczyński K., Nastaj A., Lewandowski A., Wilczyński K.J.: Polimery 2011, 56, 45.
[41] Lewandowski A., Wilczyński K.J., Nastaj A., Wilczyński K.: Polym. Eng. Sci. 2015, 55, 2838, doi: https://doi.org/10.1002/pen.24175.
[42] Wilczyński K.: Polym. Plast. Technol. Eng. 1999, 38, 581, doi: https://doi.org/10.1080/03602559909351602.
[43] Cunha A.G., Viana J.C.: Intern. Polymer Processing 2005, 20, 274, doi: https://doi.org/10.3139/217.1889.
[44] Zhou J., Turng L.S., Kramschuster A.: Intern. Polym. Process. 2006, 21, 509, doi: https://doi.org/10.3139/217.0039.
[45] Yu D., Wang X., Wang Y.: Intern. Polym. Process. 2008, 23, 439, doi: https://doi.org/10.3139/217.2151.
[46] Cunha A.G., Covas J.A., Vergnes B.: Intern. Polym. Process. 2002, 17, 201, doi: https://doi.org/10.3139/217.1701.
[47] Potente H., Muller A., Kretschmer K.: ANTEC 2003, Nashville, USA 2003, 349.
[48] Cunha A.G., Covas J.A., Vergnes B.: Polym. Eng. Sci. 2005, 45, 1159, doi: https://doi.org/10.1002/pen.20391.
[49] Nastaj A., Wilczyński K.: Polimery 2018, 63, 38, doi: https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2018.1.6.
[50] Nastaj A., Wilczyński K.: Polimery 2018, 63, 297, doi: https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2018.4.7.
[51] Carley J.F., Strub R.A., Mallouk R.S., Mc Kelvey J.M., Jepson C.H.: Ind. Eng. Chem. 1953, 45, 969, doi: https://dx.doi.org/10.1021/ie50521a030.
[52] Maddock B.H.: SPE Journal 1959, 15, 383.
[53] Street L.F.: Intern. Plast. Eng. 1961, 1, 289.
[54] Tadmor Z.: Polym. Eng. Sci. 1966, 6, 185, doi: https://doi.org/10.1002/pen.760060303.
[55] Tadmor Z., Duvdevani I.J., Klein I.: Polym. Eng. Sci. 1967, 7, 198, doi: https://dx.doi.org/10.1002/pen.760070313.
[56] Tadmor Z., Klein I.: "Engineering Principles of Plasticating Extrusion", Van Nostrand Reinhold, New York 1970.
[57] Agur E.E., Vlachopoulos J.: Polym. Eng. Sci. 1982, 22, 1084, doi: https://dx.doi.org/10.1002/pen.760221706.
[58] Vincelette A.R., Carreau P.J., Lafleur P.G.: Intern. Polym. Proc. 1989, 4, 232, doi: https://doi.org/10.3139/217.890232.
[59] Potente H., Hanhart W., Schoppner V.: Int. Polym. Proc. 1993, 8, 335, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.930335.
[60] Wilczyński K.: Polym.-Plast. Technol. Eng. 1999, 38, 581, doi: https://doi.org/10.1080/03602559909351602.
[61] Altinkaynak A., Gupta M., Spalding M.A., Crabtree S.L.: Intern. Polym. Proc. 2011, 26, 182, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.2419.
[62] White J.L., Chen Z.: Polym Eng. Sci. 1994, 34, 229, doi: https://doi.org/10.1002/pen.760340309.
[63] Bawiskar S., White J.L.: Int. Polym. Process. 1995, 10, 105, doi: doi.org/10.3139/217.950105
[64] Bawiskar S., White J.L.: Int. Polym. Process. 1997, 12, 331, doi: https://doi.org/10.3139/217.970331.
[65] Bawiskar S., White J.L.: Polym Eng. Sci. 1998, 38, 727, doi: https://doi.org/10.1002/pen.10238.
[66] Potente H., Ansalh J., Klarholz B.: Int. Polym. Process. 1994, 9, 11, doi: https://doi.org/10.3139/217.940011.
[67] Potente H., Melish U.: Int. Polym. Process. 1996, 11, 101, doi: https://doi.org/10.3139/217.960101.
[68] Potente H., Bastian M., Flecke J.: Adv. Polym. Techn., 1999, 18, 147, doi: https://doi.org/10.1002/(sici)1098-2329(199922)18:2<147::aid-adv5>3.3.co;2-o.
[69] Vergnes B., Della Valle G., Delamare L.: Polym Eng. Sci. 1998, 38, 1781, doi: https://doi.org/10.1002/pen.10348.
[70] Hong M.H., White J.L.: Int. Polym. Process. 1998, 13, 342, doi: https://doi.org/10.3139/217.980342.
[71] Hong M.H., White J.L.: Int. Polym. Process. 1999, 14, 136, doi: https://doi.org/10.3139/217.1538.
[72] Wilczyński K., White J.L.: Int. Polym. Process. 2001, 16, 257, doi: https://doi.org/10.3139/217.1645.
[73] Wilczyński K., White J.L.: Polym. Eng. Sci. 2003, 43, 1715, doi: https://doi.org/10.1002/pen.10145.
[74] Wilczyński K., Jiang Q., White, J.L.: Intern. Polym. Proc. 2007, 22, 198, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.2001.
[75] Wilczyński K., Nastaj A., Lewandowski A., Wilczyński K.J.: Polimery 2011, 56, 45.
[76] Wilczyński K., Lewandowski A., Wilczyński K.J.: Polym. Eng. Sci. 2012, 52, 449, doi: 10.1002/pen.22103.
[77] Lewandowski A., Wilczyński K.J., Nastaj A., Wilczyński K., Polym. Eng. Sci. 2015, 55, 2838, DOI https://dx.doi.org/10.1002/pen.24175.
[78] Nichols R.J., Kruder G.A.: "Alternative Approaches to Extrusion Feeding", ANTEC 1974, 20, 462.
[79] McKelvey J.M.: Plastics Engineering 1978, June, 45.
[80] Lopez-Latorre L., McKelvey J.M.: Adv. Polym. Technol. 1984, 3, 355, doi: https://doi.org/10.1002/adv.1984.060030404.
[81] Isherwood D.P., Pieris R.N., Kassatly J.: Trans. ASME 1984. 106, 132, doi: https://doi.org/10.1115/1.3185923.
[82] Gale M.: Adv. Polym. Technol. 1997, 16, 251, doi: https://doi.org/10.1002/(sici)1098-2329(199711)16:4<251::aid-adv 1>3.0.co;2-u.
[83] Thompson M.R., Donoian G., Christiano J.P.: Polym. Eng. Sci. 2000, 40, 2014, doi: https:// dx.doi.org/10.1002/pen.11334.
[84] Strand S.R., Spalding M.A., Hyun S.K.: "Modeling of the Solids-Conveying Section of a Starve Fed Single Screw Plasticating Extruder", ANTEC 1992, 38, 2537.
[85] Wilczyński K., Lewandowski A., Wilczyński K.J.: Polym. Eng. Sci. 2012, 52, 1258, doi: https://dx.doi.org/10.1002/pen.23076.
[86] Wilczyński K., Nastaj A., Wilczyński K.J.: Intern. Polym. Proc. 2013, 28, 34, doi: https://dx.org/10.3139/217.2640.
[87] Wilczyński K.J., Nastaj. A. Lewandowski A., Wilczyński K.: Polym. Eng. Sci. 2014, 54, 2362, doi: https://dx.doi.org/10.1002/pen.23797
[88] Potente H., Schulte H., Effen N.: Int. Polym. Process. 1993, 8, 224, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.930224.
[89] Potente H., Bornemann M.: Int. Polym. Process. 2008, 23, 345, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.2159.
[90] Steller R., Iwko J.: Int. Polym. Process. 2008, 23, 252, doi: dx.doi.org/10.3139/217.2041.
[91] lwko J., Steller R.: Int. Polym. Process. 2008, 23, 263, doi: https://dx.doi.org/10.3139/217.2042.
[92] Iwko J., Steller R., Wróblewski R., Kaczmar J.: Polimery, 2015, 60, 644, doi: https://dx.doi.org/10.14314/polimery.2015.644.
[93] Wilczyński K., Nastaj A., Lewandowski A., Wilczyński, K.J.: Polym. Plast. Technol. Eng. 2012, 51, 626, doi: https://dx.doi.org/10.1080/03602559.2012.659313.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-e238e6c5-5d2d-4184-a1be-6f2d1921c7c2