УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ГРАНУЛИРОВАНИЯ РАСПЛАВОВ ТВЕРДЫХ СМОЛ И КОМПОЗИЦИЙ НА ИХ ОСНОВЕ Российский патент 1997 года по МПК B01J2/00 

Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности и может быть использовано для получения твердых смол и композиций на их основе с температурой стеклования не ниже 40^oС при их сливе в виде расплава из реакторов, экструдеров, смесителей.

Известны и распространены в производствах твердых смол два типа устройств для охлаждения и гранулирования: барабанного и ленточного типов [1] Барабанные устройства громоздки и ненадежны, не обеспечивают надлежащей чистоты получаемого материала из-за необходимости плотного контакта неподвижного съемного ножа с движущей поверхностью барабана, приводящего к их износу и попаданию продуктов последнего в охлажденный материал. Небольшие (в пределах нескольких градусов) изменения температур и расхода расплава и охлаждающей воды приводит к нарушению процесса и получению некондиционного продукта.

Устройства для охлаждения и гранулирования ленточного типа с образованием гранул в виде капель или чешуек из наливаемого на металлическую ленту транспортера расплава отличаются большими габаритными размерами и высоким удельным расходом охлаждающей воды.

Известны устройства для изготовления различных изделий, в том числе плит и лент, из расплавов композиционных материалов, в которых используется сжатый воздух, подаваемый под изделие для снижения трения горячего профиля о направляющие и облегчения его передвижения. Одновременно достигается охлаждение сформированного длинномерного изделия. В частности, патент ФРГ N 2019977 предусматривает выдавливание сформованного профиля, в том числе и в виде ленты, на стол, снабженный перфорациями, через которые под профиль подается сжатый воздух. Устройство предусматривает формование материала экструзией и не содержит узла дробления, в связи с чем не может быть применено для получения гранулированных твердых смол из расплавов с вязкостью 200-2000 Пуаз.

Известно, что при формовке ленты на охлаждаемых вальцах с последующим доохлаждением воздухом наибольшую скорость охлаждения получают при малых толщинах материала (1-4 мм). Однако перпендикулярно направленные по отношению к поверхности сформованной ленты струи воздуха как при горизонтальном, так и при наклонном положении перфорированного стола вызывают значительные вертикальные колебания, приводящие к изломам ленты и, следовательно, к ее обрыву и нарушению процесса охлаждения.

Формовка ленты на полых вальцах с последующим охлаждением на металлическом ленточном транспортере, охлаждаемом водой, которая разбрызгивается форсунками, расположенными под лентой, применяется в устройствах фирмы "Сандвик" [2] Это устройство является наиболее близким к заявляемому и содержит узел формования ленты из расплава твердых смол или композиций на их основе, узел охлаждения ленты до хрупкости, то есть ниже температуры стеклования охлаждаемого материала, и узел дробления охлажденной ленты на гранулы в виде чешуек.

Узел охлаждения сформованной ленты состоит из транспортера с непрерывной металлической лентой, натянутой между барабанами или шкивами на поддерживающих роликах с направляющими с помощью натяжного устройства, а также из привода, ряда водяных форсунок, разбрызгивающих воду на нижнюю поверхность верхней ветви транспортера, и емкости для сбора стекающей воды. Узел снабжен, кроме того, жесткой рамой во избежание относительного самопроизвольного перекоса осей концевых барабанов, а сама лента двумя направляющими клиновыми ремнями.

В связи с возможностью образования воздушных пузырей между сформованной лентой продукта и лентой транспортера часть продукта охлаждается с меньшей скоростью и к моменту съема и дробления может не охладиться до хрупкости. Во избежание этого длина транспортера завышается, транспортер снабжается плотно прилегающим съемным ножом, который может привести к загрязнению охлаждаемого материала продуктами износа деталей устройства. В результате завышения длины транспортера увеличивается общее время нахождения на нем сформованной ленты, значительно увеличивается расход охлаждающей воды. Для предотвращения попадания паро- и газовыделений от охлаждаемой ленты расплава в атмосферу помещения все устройство часто заключают в кожух, затрудняющий доступ к сложным механизмам.

В основу изобретения положена задача создания устройства для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе, обеспечивающего за счет конструктивного выполнения узла охлаждения сформованной ленты интенсивное равномерное охлаждение сформованной ленты газообразным агентом с одновременным повышением безопасности процесса.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе, состоящее из установленных друг за другом в технологической последовательности узла формования из исходного материала ленты, узла охлаждения сформованной ленты и узла дробления охлажденной ленты на гранулы, согласно изобретению, узел охлаждения сформованной ленты выполнен в виде короба, разделенного в продольном направлении перфорированной перегородкой на нижнюю камеру, подсоединенную к напорному вентилятору, и верхнюю камеру, подсоединенную к вытяжному вентилятору, при этом перфорированная перегородка установлена наклонно с уменьшением высоты в направлении от узла формования к узлу дробления охлажденной ленты.

Такое выполнение узла формования ленты обеспечивает замену жидкого охлаждающего агента на газообразный на 85-90% исключает необходимость использования механического привода для движения сформованной ленты, обеспечивает безопасность процесса при работе за счет отсоса в вытяжную вентиляцию газовыделений расплава смолы и пыли, образующейся при дроблении ленты.

Целесообразно, чтобы перепад высот установки перфорированной перегородки составлял от 0,03 до 0,15 длины перегородки. Такой угол наклона перегородки является оптимальным для расплавов смол и композиций с молекулярной массой от 1000 до 5000 единиц, температурой плавления от 85 до 125^oС и температурой стеклования от 45 до 70^oС. При перепаде высот ниже 0,03 лента, особенно при больших толщинах, для ряда материалов ленты перестает двигаться из-за недостатка движущей силы, при перепаде более 0,15 происходит разрыв ленты из-за недостаточной механической прочности при рабочих толщинах ленты.

Начальный участок перфорированной перегородки со стороны узла формования из исходного материала ленты образует с остальной ее поверхностью в продольном направлении к узлу дробления охлажденной ленты тупой угол, составляющий, например 100-160^o. Это обеспечивает изменение направления движения пластичной ленты от вертикального к наклонному воздушным потоком при формовании ленты на полых охлаждающих вальцах. При угле, меньшем 100^o, происходит пересечение струй воздуха, приводящее к короблению ленты, а при угле, большем 160^o, часть струй воздуха не достигает поверхности сформованной ленты. Наклон участка перфорированной перегородки, прилегающего к узлу формования, определяется углом подачи сформованной ленты и углом наклона отверстий. В пределах этого диапазона устанавливается допустимый угол наклона перфорированной перегородки вблизи узла формования при охлаждении вышеуказанных материалов при толщине сформованной ленты от 0,8 до 4 мм. Отверстия в перегородке выполнены так, что их оси образуют острый угол с ее поверхностью в направлении к углу дробления охлажденной ленты, составляющей, например, 45-75^o. Такое выполнение отверстий повышает теплоотдачу от ленты за счет повышения относительной скорости воздуха и ленты, устраняет или уменьшает вертикальные колебания ленты, приводящие при толщинах ленты 2,5-5 мм к ее короблению, а при малых толщинах к обрывам, что затрудняет работу узла дробления. Одновременно это позволяет снизить перепад высот установки перфорированной перегородки за счет дополнительной силы натяжения, вызванной горизонтальной составляющей напора воздушной струи. Все это приводит к сокращению габаритных размеров. Угол больше 75^o вызывает опасные колебания, коробление и изломы ленты, а угол меньше 45^o приводит к образованию около ленты нетурбулизованного потока теплого воздуха, понижающего теплоотдачу. Целесообразно, чтобы отношение суммарной площади отверстий к площади участка перегородки, на котором они выполнены, было минимально для центральной части перегородки и увеличено в 1,1-1,2 раза для ее участков вблизи узлов формования и дробления. Увеличение суммарной площади отверстий по отношению к площади перегородки ("живое сечение") на участке вблизи формующего узла, где лимитирующей для процесса теплообмена является теплоотдача от ленты к воздуху, увеличивает относительную скорость воздуха и ленты, повышая тем самым теплоотдачу, скорость охлаждения и уменьшая горизонтальные размеры всего устройства.

Увеличение суммарной площади отверстий по отношению к площади перегородки вблизи узла дробления ленты обеспечивает увеличение подъемной силы струй воздуха, предотвращает тем самым оседание охлажденной ленты на перегородку при случайном попадании кусков ленты, образующихся при дроблении, на движущуюся ленту. Величина "живого сечения" выбирается в зависимости от плотности, теплоемкости и физико-механических свойств материала и его расплава при различных температурах.

При охлаждении ленты, сформованной из расплавов с низкой вязкостью и характеризующейся выпуклой формой и появлением обвисших краев, затрудняющих выход теплого воздуха из-под ленты, перфорированная лента выполняется в поперечном сечении выпуклой, обращенной вершиной вверх, при этом стрела сегмента выпуклой перегородки составляет 0,01-0,05 от ее ширины. Однако слишком большая выпуклость более 0,05 вызывает перекос ленты по отношению к продольной оси перегородки, при выпуклости менее 0,01 воздух задерживается под лентой, образуя теплую воздушную подушку. Такая форма выбирается для охлаждения материала с температурой плавления 80-105^oС и температурой расплава 120-160^oС. Кроме того, такое выполнение перегородки позволяет увеличить ширину ленты.

Перфорированная перегородка может быть снабжена по меньшей мере одним продольно установленным барьером, разделяющим ее на секции. Это обеспечивает возможность увеличения единичной мощности одного агрегата при сохранении единого узла формования и единого узла дробления.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 поперечное сечение перфорированной перегородки, выполненной плоской; на фиг. 4 поперечное сечение перфорированной перегородки, выполненной выпуклой; на фиг. 5 поперечное сечение перфорированной перегородки, разделенной на две секции.

Устройство для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе, выполненное согласно изобретению, содержит узел 1 (фиг. 1) формования ленты 2, состоящий, например, из полых охлаждаемых водой вальцев 3, бункера-накопителя 4 расплавов и привода (на фиг. не показан), узел 5 охлаждения сформованной ленты и узел 6 дробления охлажденной ленты с зубьями звездочек, проходящими между зубьями гребенки.

Узел 5 охлаждения сформованной ленты представляет собой короб 7, разделенный установленной внутри него перфорированной перегородкой 8 на верхнюю камеру 9, соединенную воздуховодом 10 с вытяжным вентилятором 11, и нижнюю камеру 12, соединенную воздуховодом 13 с напорным вентилятором 14. Короб 7 установлен на раме 15 и может соединяться с выгрузочным устройством 16 готового продукта, например, шнекового типа.

Перегородка 8 установлена в коробе 7 относительно горизонтали наклонно с уменьшением высоты в направлении от узла 1 формования к узлу 6 дробления. Перепад высот установки перегородки 8 составляет от 0,03 до 0,15 длины перегородки 8.

Начальный участок перегородки 8 со стороны узла 1 формования образует с остальной ее поверхностью в продольном направлении к узлу 6 дробления тупой угол α составляющий 100-160^o с плавным, как показано на фиг.1, или резким перегибом.

Отверстия 17 (фиг.2) в перфорированной перегородке 8 выполнены так, что их оси 18 образуют с поверхностью перегородки 8 острый угол в направлении к углу 6 дробления, причем угол b составляет 45-75^o. Отверстия 17 перегородки 8 выполнены так, что отношение суммарной площади отверстий 17 к площади перегородки 8 минимально для ее центральной части и увеличено в 1,1-2 раза для участков перегородки 8 вблизи узлов 1 и 6 формования и дробления.

Изменение отношения суммарной площади отверстий 17 к площади перегородки 8 на данном участке достигается изменением диаметра отверстий 17 и/или изменением их количества.

Перфорированная перегородка 8 (фиг.4) может быть выполнена выпуклой, обращенной вершиной вверх, причем стрела h сегмента составляет от 0,01 до 0,05 ширины перегородки 8.

Перегородка 8 (фиг. 5) может быть снабжена по меньшей мере одним продольным барьером 19, разделяющим перегородку 8 на две секции, для формования параллельных потоков. Количество барьеров 19 может быть несколько и ограничивается только удобством обслуживания при эксплуатации устройства.

Работа устройства для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе происходит следующим образом.

Расплав продукта с исходной температурой подается в узел 1 формования ленты, который обеспечивает получение ленты 2 продукта с поверхностной температурой меньше температуры плавления материала, но выше температуры его стеклования. При этом внутренние слои сформованной ленты 2 могут иметь более высокую температуру. Например, для формующего узла в виде полых вальцев 3, охлаждаемых водой с температурой 10^oС, при работе на расплаве смолы с температурой плавления около 100^oС, температурой стеклования около 60^oС и исходной температуре расплава 135-145^oС, устойчивая по форме лента 2 образуется за длительность контакта с поверхностью вальцев 3, составляющую 1,5-2,225 с при толщинах ленты 2 от 1,7 до 2,2 мм.

Сформованная лента 2 продукта в приведенном примере провисает вертикально от формующего узла к перфорированной перегородке 8 и изгибается под действием силы натяжения нижней части ленты 2 и воздушного потока, изменяя направление движения в сторону узла 6 дробления.

Приподнятая под тупым углом a часть перфорированной перегородки 8 способствует изгибу ленты 2 в начальный момент слива смолы и при перерывах в подаче, а также помогает поступательному движению ленты 2 при стабилизации режима с вертикальной подачей сформованной ленты 2 от узла 1 формования.

Движение сформованной ленты 2 от узла 1 формования к узлу 6 дробления с одновременным охлаждением воздушным потоком и струями со стороны нижней поверхности осуществляется за счет перепада высот начала и конца перфорированной перегородки 8 под действием земного притяжения, а также за счет горизонтальной составляющей напора струй воздушного потока.

Охлажденная лента 2 материала попадает в узел 6 дробления, ломается в нем на чешуйки, которые падают в бункер, откуда непрерывно или периодически выгружаются.

Перепад высот выбирается в зависимости от плотности охлаждаемого материала и физико-механических характеристик расплава.

Наклон струй воздуха в сторону движения ленты 2 к узлу 6 дробления обеспечивает уменьшение или полное исключение вертикальных колебаний охлаждаемой сформированной ленты 2, особенно важное при работе с малыми (до 3-4 мм) толщинами ленты 2 хрупких в твердом состоянии материалов.

Использование изобретения: химическая и нефтехимическая отрасли промышленности. Сущность изобретения: устройство состоит из установленных друг за другом в технологической последовательности узла формования из исходного материала ленты, узла охлаждения сформованной ленты и узла дробления охлажденной ленты. Узел охлаждения ленты выполнен в виде короба, разделенного в продольном направлении установленной внутри него перфорированной перегородкой на нижнюю камеру,подсоединенную к напорному вентилятору, и верхнюю камеру, подсоединенную к вытяжному вентилятору. Перфорированная перегородка установлена наклонно с уменьшением высоты в направлении от узла формования к узлу дробления ленты. 9 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для охлаждения и гранулирования расплавов твердых смол и композиций на их основе, состоящее из установленных друг за другом в технологической последовательности узла формования из исходного материала ленты, узла охлаждения сформованной ленты и узла дробления охлажденной ленты на гранулы, отличающееся тем, что узел охлаждения сформованной ленты выполнен в виде короба, разделенного в продольном направлении установленной внутри него перфорированной перегородкой на нижнюю камеру, подсоединенную к напорному вентилятору, и верхнюю камеру, подсоединенную к вытяжному вентилятору, при этом перфорированная перегородка установлена наклонно с уменьшением высоты в направлении от узла формования к узлу дробления охлажденной ленты. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепад высот установки перфорированной перегородки составляет 0,03 0,15 длины перегородки. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что начальный участок перфорированной перегородки со стороны узла формования из исходного материала ленты образует с остальной ее поверхностью в продольном направлении к узлу дробления охлажденной ленты тупой угол. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что тупой угол между начальным участком и остальной поверхностью перфорированной перегородки составляет 100
160^oС. 5. Устройство по одному из пп.1 4, отличающееся тем, что оси отверстий перегородки образуют острый угол с ее поверхностью в направлении к узлу дробления охлажденной ленты. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что острый угол между осью отверстий и поверхностью перегородки составляет 45 75^o. 7. Устройство по одному из пп.1 6, отличающееся тем, что отношение суммарной площади отверстий к площади участка перегородки, на котором они выполнены, минимально для центральной части перегородки и увеличено в 1,1 2 раза для участков вблизи узлов формования и дробления. 8. Устройство по одному из пп.1 7, отличающееся тем, что перфорированная перегородка выполнена в поперечном сечении выпуклой, обращенной вершиной вверх. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что стрела сегмента выпуклой перегородки составляет 0,01 0,05 ее ширины. 10. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что перфорированная перегородка снабжена по меньшей мере одним продольно установленным барьером, разделяющим ее на секции.