ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГРАНУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК B01J2/02 

Изобретение относится к гранулированию растворов полимеров на основе нитратов целлюлозы и может быть применено в производстве нитрокрасок и нитроэмали, а также гранулированной нитроцеллюлозы.

Известен гранулятор для расплавленных веществ, выполненный в виде полого перфорированного вращающегося на вертикальном валу конуса с крышкой (авт.св. N 107417, 1956).

Недостатками данного гранулятора являются: низкая производительность; не обеспечивается требуемый гранулосостав; невозможность переработки высоковязких растворов полимеров.

Известен центробежный гранулятор (авт.св. N 808115, 1976), включающий полый перфорированный конус, соединенный с приводным валом, при этом отверстия в конусе выполнены таким образом, что их ось составляет угол 30-40^о с касательной к окружности.

В данном грануляторе повышена производительность и обеспечен гранулосостав при переработке плава.

Недостатком данного аппарата является невозможность получения монодисперсных гранул при переработке высококон- центрированных растворов полимеров в связи с вязкой вязкостью таких растворов в области наибольшей ньютоновской вязкости и в структурной области кривой течения.

Целью изобретения является получение монодисперсных гранул при переработке умеренно- и высококонцентрированных растворов полимеров в области наибольшей ньютоновской и структурной вязкости кривой течения.

Указанная цель достигается тем, что центробежный гранулятор, включающий полый перфорированный конус с крышкой, соединенный с приводным валом, снабжен скользящими при вращении ножами с толщиной лезвия 0,5...3 выходного диаметра канала перфораций и затылованной режущей кромкой, а дискретные каналы в стенке гранулятора вдоль образующей оболочки начиная со второго ряда определяют по зависимости
n_к= n₁ , где n₁ - число дискретных каналов в первом ряду;
l₂ - расстояние по образующей поверхности конуса от ее вершины до горизонтальной плоскости размещения дискретных каналов, соответствующего ряда перфорированного конуса;
l₁ - расстояние по образующей поверхности конуса от ее вершины до горизонтальной плоскости размещения отверстий каналов первой секции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен гранулятор, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Предлагаемый гранулятор состоит из перфорированного конуса 1 с крышкой 2, приводного вала, выполненного в виде коаксиальной трубы 3 с внутренней полостью 4 для подачи раствора полимера и внешней полости 5 для подачи технологического раствора. Приводной вал смонтирован внутри опорной штанги 6, с внешней стороны которой установлен ротор 7, несущий у своего основания ножи 8. Вращение гранулятора осуществляется через шкивы 9, а ножей - через шкивы 10. Подача технологического раствора осуществляется через штуцер 11, раствора полимера через штуцер 12.

Гранулятор размещен в кожухе 13, имеющем переливной порог 14 и коллектор подачи технологического раствора 15.

Устройство работает следующим образом.

С помощью электродвигателя через шкив 9 приводится во вращение перфорированный конус 1. При этом через штуцер 11 во внутреннюю полость 4 коаксиального вала 3 подают раствор полимера. Одновременно приводят во вращение ротор 7, несущий у своего основания ножи 8. Через штуцер 11 во внешнюю полость 5 коаксиального вала 3 и далее в область скольжения ножей подают дисперсионную среду (технологический раствор).

Раствор полимера (лак) под действием давления прокачки попадает через штуцер 12 во внутреннюю полость 4 вращающегося перфорированного конуса, заполняет его объем и выдавливается центробежным давлением и давлением прокачки через дискретные отверстия на внешнюю поверхность перфорированного конуса в виде цилиндров, в последующем срезаемых скользящими при вращении ножами. Цилиндры центробежной силой отбрасываются на поверхность кожуха 13, орошаемого пленкой технологического раствора, подаваемого через порог 14 из коллектора 15. Увлеченные пленкой технологического раствора частицы выносятся к выходному патрубку кожуха и направляются на последующую переработку.

Так как дискретные каналы в стенке гранулятора выполнены согласно зависимости n_к= n₁, учитывающей гидродинамические течения концентрированных растворов полимеров в поле массовых центробежных сил, высота выпрессовываемых цилиндров вдоль образующей конуса получается практически одинаковой. Этот факт подтвержден многократно экспериментальными исследованиями. Грануляторы, перфорация конуса которых выполнена без учета этой зависимости, как правило, не позволяют получить монодисперсный характер распределения частиц по размерам. Известно, что давление центробежного поля по высоте конуса распределяется пропорционально квадрату радиуса попе- речной плоскости размещения дискретных отверстий, а потому полный напор (статический и динамический) в верхней части конуса (на большем радиусе), выше, чем в нижней. В связи с этим неравномерен и расход лака через каналы вдоль образующей перфорированного конуса. Это приводит к полидисперсности выпрессовывае- мых и срезаемых в последующем полимерных цилиндров. Обработанные на последующих стадиях процесса частицы также будут полидисперсны.

Выполнение дискретных отверстий вдоль образующей оболочки по предлагаемой зависимости исключает полидисперсность гранул.

Рассматриваемая реологическая система - нитраты целлюлозы, растворенные в этилацетате (нитроэмали и нитрокраски) представляют собой умеренно- и высококонцентрированные системы с вязкоупругими свойствами. Аномально вязкий характер течения упруго-вязкой жидкости и результаты экспериментальных исследований (времени релаксации τ, числа Деборы - отношение времени релаксации τ к времени действия силы t), определение (из кривой течения) вязкости, скорости сдвига, напряжений сдвига и реологических констант (консистентности и индекса течения), а также подбор конструктивных размеров лезвий ножа показали, что для отверстий диаметром 0,5-3,0 мм толщину лезвия ножа необходимо определять по соотношению S = (0,5...03)d_отв., где d_отв - диаметр отверстия, а режущая кромка ножа должна быть затылованной (метод затачивания поверхности кромок затыловой режущих инструментов с целью сохранения профиля режущей кромки, см. Политехнический словарь. М.: энциклопедия, 1976, с.167). При этом чем меньше диаметр канала, тем выше значение сомножителя (нижний предел - для больших диаметров дискретных каналов, верхний предел - для малых диаметров каналов).

Предлагаемое выполнение ножа и расчетное число дискретных каналов, учитывающих гидродинамику истечения, позволяет обеспечить монодисперсность получаемых гранул, исключить смятие выпрессованного цилиндра ножом, размазывание полимера по внешней боковой поверхности кожуха и дробление полимерного цилиндра (с образованием некондиционного продукта).

Приведем расчеты числа дискретных каналов в стенке гранулятора вдоль образующей оболочки.

Число дискретных каналов n₁ в первом ряду равно 14, l₁ - расстояние по образующей конической поверхности от ее вершины до поперечной плоскости размещения отверстий каналов первой секции перфорированного конуса - 100 мм, l₂ = 117 мм, тогда во второй секции
n₂ = 14 = 16
в третьей секции n₃ = 14 = 18
в четвертой секции n₄ = 14 = 20
в пятой n₅ = 14 = 22
в шестой n₆ = 14 = 25 принимаем четное число 26
в седьмой n₇ = 14 = 27 принимаем 28.

В табл. 1 приведены результаты экспериментальной проверки предлагаемой зависимости для определения числа дискретных отверстий в целях получения монодисперсных гранул (выход годной фракции).

Анализ табл. 1 показывает, что выполнение дискретных каналов в стенке конуса по предлагаемой зависимости при переработке умеренно- и высококонцентрированных растворов обеспечивает монодисперсность получаемых гранул. Если число дискретных каналов выполнить без учета предлагаемой зависимости (см. секцию 4, где n_к равно 18 и 24 и равно 18 и 24 и секцию 7, где n_к равно 24 и 30) резко снизится эффективность предлагаемого центробежного гранулятора - выход годной фракций составит соответственно 72 и 68%.

Рассматривая табл.2, можно сделать выводы, что толщина лезвия ножа, выполненная по предлагаемой зависимости, обеспечивает выход годной фракции 80-83%.

Используя сомножитель за пределами предлагаемых значений (0, 4 и 5) в первом случае представляется сложным выполнение лезвия ножа, а во втором - резко падает выход годной фракции до 75%. Эта закономерность прослеживается как для диаметров перфораций 0,5 мм, так и для выходного диаметра перфораций 3,0 мм.

Таким образом, центробежный гранулятор, выполненный с учетом предлагаемых зависимостей, является высокоэффективным аппаратом в данном классе машин.

В табл. 2 представлены результаты эксперимента по оценке оптимальной толщины лезвия ножа.

Использование: гранулирование растворов полимеров на основе нитратов целлюлозы при производстве нитрокрасок, нитроэмали. Сущность изобретения: гранулятор содержит полый перфорированный усеченный конус с крышкой, соединенный с коаксиальным приводным валом, и снабжен скользящими при вращении ножами определенной толщины лезвия. При этом число дискретных каналов в стенке корпуса определяют по зависимости: n_К= n₁ l₁/l₂, где n₁ - число дискретных каналов в первом ряду; l₁ - расстояние по образующей конической поверхности от ее вершины до поперечной плоскости размещения дискретных каналов, l₂ - расстояние от вершины до плоскости размещения отверстий каналов первой секции. Гранулятор обеспечивает монодисперсность получаемых гранул и возможность переработки умеренно-и высококонцентрированных растворов полимеров в области наибольшей ньютоновской и структурной вязкости кривой течения. 2 табл., 2 ил.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГРАНУЛЯТОР для полимеров, включающий полый перфорированный усеченный конус с крышкой, соединенный с коаксиальным приводным валом, отличающийся тем, что гранулятор снабжен скользящими при вращении ножами с лезвием толщиной
S = (0,5 ... 3,0)d_отв.,
где d_отв. - выходной диаметр перфорации,
а число дискретных каналов n_к в стенке конуса вдоль образующей, начиная со второго ряда, определяют по зависимости
n_к = n₁l₂/l₁,
где n₁ - число дискретных каналов в первом ряду;
l₂ - расстояние по образующей конической поверхности от ее вершины до поперечной плоскости размещения дискретных каналов, соответствующего ряда перфорированного конуса;
l₁ - расстояние по образующей конической поверхности от ее вершины до поперечной плоскости размещения отверстий каналов первой секции перфорированного конуса.