УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1995 года по МПК B29B15/02 B01J19/24 

Изобретение относится к устройствам, применяемым в нефтехимической промышленности, и может быть использовано при выделении синтетических каучуков и других полимерных материалов методом водной дегазации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является устройство для выделения полимеров из растворов, содержащее камеру смешения, камеру для раствора полимера, по оси которой установлено сопло для подачи пара с закрепленной на его обращенном в камеру смешения торце неподвижной конической втулкой, коаксиально которой смонтирована подвижная втулка с внутренней конической поверхностью, параллельной соответствующей поверхности неподвижной втулки, и средство для возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки.

В этом устройстве эмульсия полимера на выходе из кольцевого зазора распределяется в виде пленки, которая контактирует с водяным паром из сопла, и при этом происходит нагрев эмульсии, снижение ее вязкости, за счет чего происходит распад полимерной пленки на отдельные капли. Причем средство для возвратно-поступательного перемещения, подвижной втулки, изменяя ширину кольцевого зазора, поддерживает постоянное значение перепада давления между камерой для раствора полимера и камерой смешения, что равнозначно поддержанию постоянной скорости эмульсии полимера на выходе из зазора.

Недостатком данного устройства является то, что при его работе в неполной мере используется энергия перепада давления в зазоре. Существует определенная величина скорости сдвига, выше которой происходит разрушение (расслаивание) эмульсии, при этом поверхности, образующие кольцевой зазор, контактируют не с высоковязкой эмульсией полимера в воде, а с пленкой низковязкой жидкости - водой, образованной при расслаивании эмульсии, что во много раз уменьшает трение между потоком и поверхностями, образующими зазор. Уменьшение трения при постоянном перепаде давления на зазоре увеличивает кинетическую энергию струи, выходящую из зазора, и тем самым способствует более интенсивному ее распаду без увеличения расхода энергии извне.

В данном же устройстве, так как скорость эмульсии на выходе из зазора постоянна при любой ширине зазора, средняя скорость движения эмульсии в зазоре будет постоянна, а это значит, что скорость сдвига, которая прямо пропорциональна скорости потока в зазоре и обратно пропорциональна ширине зазора, зависит только от ширины зазора и ее значение может достигнуть величины, меньшей чем граница расслаивания эмульсии, что приведет к неполному использованию энергии перепада давления и, как следствие, к уменьшению интенсивности процесса и понижению его экономичности, так как для получения такой же интенсивности распада потока на выходе из зазора необходима дополнительная энергия, например подвод дополнительного количества водяного пара.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства и снижение экономических затрат.

Цель достигается тем, что в устройстве для выделения полимеров из растворов, содержащем камеру смешения, камеру для раствора полимера, по оси которой установлено сопло для подачи пара с закрепленной на его обращенном в камеру смешения торце неподвижной конической втулкой, коаксиально которой смонтирована подвижная втулка с внутренней конической поверхностью, параллельной соответствующей поверхности неподвижной втулки, и средство для возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки, угол конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок α выбран по следующей зависимости:
α ≅ 2tg где b = c =
l - длина максимального возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки, мм;
D - минимальный диаметр подвижной втулки, мм;
d - минимальный наружный диаметр неподвижной втулки, мм;
На фиг. 1 изображена принципиальная конструкция устройства, общий вид; на фиг. 2 - узел неподвижной и подвижной втулки.

Устройство для выделения полимеров из растворов содержит камеру смешения 1, камеру 2 для раствора полимера со штуцером 3 для его подвода, концентрично установленное в ней паровое сопло 4, неподвижную коническую втулку 5, подвижную коническую втулку 6, образующую кольцевой зазор для подачи раствора полимера или эмульсии в камеру смешения, и устройство 7 для возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки.

Устройство работает следующим образом.

Эмульсия полимера в воде подается через штуцер 3 в камеру 2 и выдавливается через зазор, образованный неподвижной 5 и подвижной 6 втулками, отжимая подвижную втулку 6. Устройство 7 для возвратно-поступательного движения подвижной втулки 6 обеспечивает постоянный перепад давления между камерой для раствора полимера и камерой смешения, изменяя ширину кольцевого зазора. При прохождении эмульсии через кольцевой зазор на нее действует напряжение сдвига, способствующее расслаиванию эмульсии и увеличению кинетической энергии на выходе из зазора. Через сопло 4 подается водяной пар, происходит диспергирование водной эмульсии полимера в воде в камере 1 и получение твердых частиц полимера.

Диаметр d неподвижной втулки 5, диаметр D подвижной втулки 6, длина l максимального возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки 4 и угол α конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок обуславливают изменение ширины зазора при перемещении подвижной втулки (фиг.2). Так как величина D, d и l определяются расходными показателями по эмульсии, перепадом давлений между камерой для раствора полимера и камерой смешения и диапазоном изменения расхода эмульсии, то единственным параметром, по которому определяется величина изменения ширины зазора во всем диапазоне перемещения подвижной втулки является угол конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок α.

Эксперименты показали, что при определенном перепаде давления Δ Р и начальной величине ширины зазора
δ = · cosα изменение ширины зазора не должно превышать удвоенной его начальной величины. Это связано с тем, что при оптимальном перепаде давления, выбираемом для каждого вида полимера, и начальной ширины зазора, выбираемой по средней производительности устройства, уже закладывается скорость сдвига в зазоре, при которой происходит расслоение эмульсии. Увеличение же скорости сдвига от граничной при начальной ширине зазора больше, чем в два раза, ведет к значительному возрастанию затрат энергии на создание необходимого перепада давления, которое уже не может компенсироваться уменьшением расхода водяного пара на разрушение потока, вытекающего из зазора, тем более, что уменьшение расхода водяного пара через сопло не может быть ниже определенного уровня, иначе на выходе из устройства не будут образовываться твердые частицы полимера.

Исходя из вышеизложенных предпосылок, с помощью геометрических расчетов определили максимальный угол конических поверхностей неподвижной и подвижной втулок, при котором малый зазор равен удвоенному начальному зазору:
ϕ = 2tg где b = c = ,
Для того, чтобы перепад давления между камерой для раствора полимера и камерой смешения не выходил за экономически допустимую величину и при этом не стала ниже граничной скорость сдвига, угол α конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок должен быть меньше максимального угла ϕ .

Это дает возможность более экономично и эффективно использовать перепад давления между камерами в процессе выделения полимеров из растворов.

Использование: в нефтехимической промышленности при аппаратурном оформлении схем для выделения синтетических каучуков и других полимерных материалов методом водной дегазации. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности устройства и снижения экономических затрат в устройстве, содержащем камеру смешения, камеру для раствора полимера, по оси которой установлено сопло для подачи пара с закрепленной на его обращенном в камеру смешения торце неподвижной конической втулкой, коаксиально которой смонтирована подвижная втулка с внутренней конической поверхностью, параллельной соответствующей поверхности неподвижной втулки, и средство для возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки, угол конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок α выбран, так, что он всегда меньше максимально возможного расчетного угла v или равен ему. Представлена формула. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ ИЗ РАСТВОРОВ, содержащее камеру смешения, камеру для раствора полимера, по оси которой установлено сопло для подачи пара с закрепленной на его обращенном в камеру смешения торце неподвижной конической втулкой, коаксиально которой смонтирована подвижная втулка с внутренней конической поверхностью, параллельной соответствующей поверхности неподвижной втулки, и средство для возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности устройства и снижения экономических затрат, угол α конических поверхностей подвижной и неподвижной втулок выполнен по следующему соотношению:



l - длина максимального возвратно-поступательного перемещения подвижной втулки, мм;
D - минимальный диаметр подвижной втулки, мм;
d - минимальный наружный диаметр неподвижной втулки, мм.