АППАРАТ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КРОШКИ Российский патент 1995 года по МПК B29B15/02 

Изобретение относится к аппаратуре для обработки взвесей полимерных материалов и может быть использовано в химических отраслях народного хозяйства.

Известно использование для концентрирования полимерной крошки аппарата, включающего цилиндрический корпус, снабженный тангенциальным патрубком для ввода исходной смеси, и коническое днище с патрубком в нижней части для отвода тяжелого продукта. Легкий продукт отводится через патрубок, установленный в крышке аппарат [1].

Концентрирование в данном аппарате происходит за счет отделения легкой (полимерной) фазы от воды (тяжелой фазы) в поле центробежных сил, возникающих в закрученном потоке.

Недостатком работы известного аппарата является ограниченная степень концентрирования полимера из-за неизбежной забивки при потере текучести сконцентрированной крошки. Кроме того, функциональные возможности этого аппарата ограничены только концентрированием, тогда как при обработке суспензий полимеров возникают задачи промывки, замены транспортной жидкости и т.д.

Известен и другой аппарат для концентрирования полимерной крошки, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, установленный в верхней части корпуса тангенциальный патрубок для ввода исходной смеси, патрубок для вывода сконцентрированной полимерной крошки в крышке, патрубок для вывода осветленной воды в нижней части корпуса и патрубок для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки [2]. В известном аппарате концентрирование крошки полимера также осуществляется в поле центробежных сил, при этом имеются элементы конструкции, позволяющие расширить функциональные возможности аппарата и его эффективность. Недостаток работы данного аппарата связан, во-первых, с установкой в нем наклонных лопаток для закручивания охлаждающей воды, которые являются источником забивки и ограничивают возможности концентрирования. Кроме того, расширенная часть корпуса, в которой установлены ребра для выпрямления закрученного потока, является ловушкой для крошки полимера, унесенной с осветленной водой, поскольку в выпрямленном потоке она всплывает и не выносится из аппарата. В результате образуются застойные зоны, что снижает производительность аппарата. Необходимость подачи газа для обеспечения эффективности концентрирования накладывает технологические ограничения на использование аппарата.

Целью изобретения является увеличение производительности аппарата и повышение надежности его работы.

Цель достигается тем, что патрубок для вывода осветленной воды установлен тангенциально к корпусу и на расстоянии от патрубка для ввода исходной смеси, равном Н=1-7 диаметрам корпуса, а патрубок для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки смонтирован в днище, причем расстояние между обращенными навстречу друг другу торцами патрубка для ввода воды и патрубка для вывода сконцентрированной полимерной крошки равно h=1-4 диаметрам корпуса.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, установленный в верхней части корпуса 1 тангенциальный патрубок 4 для ввода исходной смеси, патрубок 5 для вывода сконцентрированной полимерной крошки в крышке 2, патрубок 6 для вывода осветленной воды в нижней части корпуса, установленный тангенциально к корпусу 1 и на расстоянии от патрубка 4 для ввода исходной смеси, равном Н=1-7 диаметрам D корпуса 1, т.е. Н=(1-7)D.

В днище 3 установлен патрубок 7 для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки. Расстояние h между обращенными навстречу друг другу торцами патрубка 7 и патрубка 5 равно h=1-4 диаметрам D корпуса, т.е. h=(1-4)D.

Аппарат работает следующим образом.

Исходная смесь поступает по тангенциальному патрубку 4 в корпус 1, закручивается в нем и разделяется на легкую и тяжелую фазы в соответствии с их плотностями. Более легкая (полимерная) фаза собирается в центральной части аппарата по его оси, а более плотная (осветленная вода) - распределяется по внутренней стенке корпуса 1. При этом наиболее осветленная часть воды находится в нижней части аппарата в зоне расположения патрубка 6, по которому и выводится из аппарата. В случае необходимости в аппарат по патрубку 7 подается свежая вода, которая, попадая в зону концентрированной полимерной крошки, разбавляет ее до необходимой концентрации. Полученная взвесь выводится из аппарата по патрубку 5.

Для иллюстрации работы предлагаемого аппарата приведены следующие примеры.

П р и м е р 1. Используют аппарат, соответствующий показанному на фиг. 1. Диаметр аппарата 100 мм (D). В аппарате имеется возможность изменять расстояние между патрубком 4 и патрубком 6 (Н) и расстояние между патрубками 5 и 7 (h).

По патрубку 4 подают пульпу полиэтилена в воде с концентрацией твердой фазы 3 мас.% (Х_исх). Определяют массовую долю твердой фазы в концентрированном (Х_к) и осветленном (Х_о) потоках.

Эффективность работы аппарата оценивают по отношениям
E_к = , где Е_к - эффект концентрирования;
E_o = , где Е_о - эффект осветления.

При Н=0,8D, т.е. при Н/D=0,8 Хк=7,5% и Хо=2%, тогда Е_к=2,5 и Е_о=1,5.

Как видно из приведенных результатов, если Н=0,8 D, то при наличии эффекта концентрирования осветление происходит крайне эффективно.

П р и м е р 2. Опыт проводят так же, как в примере 1, но Н=N1D, при этом Е_к=3,2, Е_о=6,0.

П р и м е р 3. Опыт проводят так же, как в примере 1, но Н=7D, при этом Е_к=5,1, Е_о=15.

П р и м е р 4. Опыт проводят так же, как в примере 1, но Н=8D, при этом Е_к=5,1, Е_о=15.

Таким образом, увеличение Н свыше 7D нецелесообразно.

П р и м е р 5. Опыт проводят так же, как в примере 3, но в патрубок 7 подают воду на замену исходной. При этом отношение свежей воды к исходной составляет 0,87, а расстояние h=2D. Отбор концентрированной пульпы равен подаче свежей воды на замену. Кроме коэффициентов эффективности определяют коэффициент массообмена
М= ΔG_c/G_c, где ΔG_c - часть свежей воды, смешавшейся с исходной при массообмене;
G_c - поток свежей воды, подаваемой по патрубку 7. ΔG_c определяют по наличию метки (этилового спирта) в осветленном потоке, выходящем по патрубку 6. Этиловый спирт предварительно вводят в свежую воду, подаваемую по патрубку 7
ΔG_c= ΔG_u=MG_c, где ΔG_u - количество исходной воды, смешавшейся со свежей и оставшейся в пульпе после концентрирования и разбавления;
ΔG_u=M ˙0,87˙ G_u,
В данном случае истинный коэффициент концентрирования (Е'_к ) определяется как
E = , где
X = X1 - · E, где Х'_к - истинная концентрация полимера в процессе концентрирования;
Х_к - концентрация полимера на выходе из аппарата после разбавления;
К - отношение расходов сухого полимера концентрированной пульпы и исходной.

Полученные при испытаниях данные характеризуются следующими параметрами:
M=0,2 Е'_к = 13,5, Е_о=15.

П р и м е р 6. Опыт проводят так же, как в примере 1, но h=4D. При этом М=0,4, Е'_к=13,8, Е_о=15.

П р и м е р 7. Опыт проводят так же, как в примере 5, но h=5D. При этом М=0,8, Е'_к=13,3, Е_о=15.

Как видно из примеров 5-7, при увеличении расстояния h более 4D резко возрастает коэффициент массообмена М, что приводит практически к полному смешению исходной и свежей воды и замены не происходит.

П р и м е р 8. Опыт проводят так же, как в примере 5, но h=1D. При этом М=0,15, Е'_к=13, Е_о=15. Имеет место неустойчивая работа в связи с периодическими завышениями давления на входе в аппарат из-за его забивки. При снижении концентрации на входе в аппарат до 2% эффективность работы восстанавливается.

Из полученных результатов можно сделать вывод о том, что дальнейшее уменьшение расстояния h нецелесообразно.

Использование: в химических отраслях народного хозяйства при обработке взвесей полимерных материалов. Сущность изобретения: в аппарате для концентрирования полимерных материалов патрубок для вывода осветленной воды установлен тангенциально к корпусу в его нижней части. Патрубок для ввода исходной смеси установлен в верхней части аппарата. Расстояние между этими двумя патрубками равно 1-7 диаметрам корпуса аппарата. В днище смонтирован патрубок для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки. В крышке аппарата установлен патрубок для вывода сконцентрированной полимерной крошки. Расстояние между этими двумя патрубками выбрано равным 1-4 диаметрам корпуса аппарата. 2 ил.

АППАРАТ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КРОШКИ, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, установленный в верхней части корпуса тангенциальный патрубок для ввода исходной смеси, в крышке - патрубок для вывода сконцентрированной полимерной крошки, патрубок для вывода осветленной воды в нижней части корпуса и патрубок для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности аппарата и повышения надежности его в работе, патрубок для вывода осветленной воды установлен тангенциально к корпусу и на расстоянии от патрубка для ввода исходной смеси, равном 1 - 7 диаметрам корпуса, а патрубок для ввода воды и разбавления сконцентрированной полимерной крошки установлен в днище, причем расстояние между обращенными навстречу друг другу торцами патрубка для ввода воды и патрубка для вывода сконцентрированной полимерной крошки выбрано равным 1 - 4 диаметрам корпуса.