ЧЕРВЯЧНЫЙ ПРЕСС ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B29B13/06 B29B15/02 

Предполагаемое изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к устройствам, предназначенным для обезвоживания полимерных материалов, и может быть использовано в производстве синтетических каучуков, например бутилкаучука, полизопренового каучука и др.

Известен червячный пресс для производства резиновых изделий, содержащий корпус, загрузочную воронку для полимерных материалов, фильерную плиту с решеткой и выгрузное приспособление { "Машины и аппараты резинового производства", Под. ред. Д.М. Баркова, М. "Химия", 1975 г., стр.64-65}. Недостатком устройства является невысокое количество получаемых полимерных материалов из-за несовершенства конструкции фильерной плиты и фильтрующей решетки; не учитывается нагрузка по току на электродвигатель червячного вала пресса, не контролируется температура фильерной плиты. Все это приводит к неполному удалению влаги из полимерного материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является червячный пресс для обработки полимерных материалов, который содержит корпус, загрузочную воронку, установленный в нем червячный вал и смонтированные на выходе полимерного материала из корпуса фильерную плиту и решетку с отверстиями, при этом соотношение площадей суммарных сечений плиты и решетки выбрано равным 3: 1. Кроме того, для исключения забивки решетки и снижения производительности пресса контролируют ток электродвигателя червячного вала, а также температуру фильерной плиты, { авт. свид. N 1599209, B 29 B 13/06, 15/02 от 15.10.90г., Бюлл N 38}.

Недостатком указанного устройства является недостаточно высокое качество получаемых полимерных материалов, т.к. не контролируется концентрация влаги на выходе пресса и не регулируется размер гранул получаемого полимерного материала.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества получаемого материала.

Поставленная задача решается тем, что в известный червячный пресс для обработки полимерных материалов, содержащий корпус с загрузочной воронкой и червячным валом; фильтрующую решетку и фильерную плиту с отверстиями, смонтированные на выходе выгрузного приспособления, а также датчик тока электродвигателя червячного вала и датчик температуры фильерной плиты, дополнительно устанавливают в выгрузном приспособлении гранулятор полимерного материала с регулятором размера гранул и датчиком давления, датчик концентрации влаги полимерного материала на выходе из пресса, а также вычислительное устройство, при этом входы вычислительного устройства соединены соответственно с выходами датчика электродвигателя червячного вала, датчика температуры фильерной плиты, датчика давления и датчика концентрации влаги полимерного материала, а выход вычислительного устройства соединен с входом регулятора размера гранул полимерного материала.

Совокупность дополнительных устройств в сочетании с известными придает предлагаемому прессу для обработки полимерных материалов новые свойства, обеспечивающие снижение влаги в полимерном материале до 0,15 вес.% и повышение однородности материала при получении заданного размера гранул. Это позволяет судить о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером и чертежом, на котором изображен общий вид червячного пресса, используемого в производстве бутилкаучука.

Червячный пресс содержит корпус 1 с загрузочной воронкой 2, установленный в нем червячный вал 3 и смонтированные на выходе бутилкаучука из корпуса 1 фильерную плиту 4 и фильтрующую решетку 5 с отверстиями. В выгрузном приспособлении 6 установлен гранулятор 7. Пресс оснащен датчиком 8 тока электродвигателя червячного вала и датчиком 9 температуры фильерной плиты, датчиком 10 концентрации бутилкаучука (влагу определяют также лабораторным методом). Кроме того, пресс содержит регулятор 11 гранул бутилкаучука, датчик 12 давления и вычислительное устройство 13.

Выходы датчиков 8, 9, 10, 12 соединены с входами вычислительного устройства 13, а его выход соединен с входом регулятора гранул бутилкаучука 11. Экспериментальное исследование процесса обезвоживания полимерных материалов, в частности бутилкаучука, показало, что на качество каучука оказывает влияние содержание влаги (концентрацию воды в каучуке), которая связана с размером гранул (частиц) каучука. При увеличении концентрации влаги необходимо уменьшить размер гранул (частиц) каучука. В рабочем диапазоне эта зависимость носит пропорциональный характер:
C = a • d,
где
C - концентрация влаги;
d - условный диаметр частиц каучука;
a - константа.

Червячный пресс работает следующим образом. Влажный бутилкаучук (с содержание влаги до 12 вес,%) подают в загрузочную воронку 2, где каучук захватывается витками червячного вала 3 и транспортируется далее через решетку 5 и плиту 4 к выгрузному приспособлению 6 и гранулятору 7. Каучук при движении разогревается за счет трения о стенки корпуса 1 и пара при подаче его в рубашку корпуса. Вода в каучуке находится в перегретом состоянии, при этом давлениe, создаваемое червячным валом 3 (80 кг/см²), выше давления паров перегретой воды. При таком давлении каучук продавливают через отверстие решетки 5.

Давление в выгрузном приспособлении 6 равно атмосферному, что позволяет удалять влагу из каучука. Затем отжатый каучук поступает на гранулятор 7, где дробится на гранулы заданного размера (изменяется проходное сечение выгрузного приспособления 6).

Температуру фильерной плиты 4 контролируют датчиком 9, а ток электродвигателя червячного вала - датчиком 8 и давление в прессе измеряется датчиком 12. Эти параметры характеризуют производительность и степень забивки решетки 5, плиты 4, выгрузного приспособления 6 и соответственно пресса в целом. Если эти параметры выходят за заданные пределы, то пресс останавливают на чистку.

Концентрацию влаги в вакууме контролируют датчиком 10 (либо определяют лабораторным методом) и при отклонении ее от заданного значения изменяют размер гранул каучука регулятором 11 по команде с вычислительного устройства 13, меняя проходное сечение между подвижной частью гранулятора 7 и рабочим пространством выгрузного приспособления 6.

На чертеже показано положение подвижной части гранулятора 7 для сечения S₁ и для сечения S₂ (штриховая линия). При этом S₁ > S₂.

Сечение S₁ соответствует крупной крошке каучука.

Сечение S₂ соответствует мелкой крошке каучука.

Корректировка размера гранул каучука способствует более полному удалению влаги, что улучшает реологические свойства и качество каучука в целом.

Экспериментальная проверка работы пресса в промышленных условиях, проведенная во II кв. 1997 г. в цехе выделения бутилкаучука в АО "Нижнекамскнефтехим", показала его эффективность и полезность.

Ниже даются численный пример работы пресса и таблица технико-экономических показателей производства бутилкаучука.

Пример.

На вход пресса подают бутилкаучук G = 4 т/час с концентрацией влаги C = 8 - 12%. Заданная зона температуры фильерной плиты T_зад = 210 ± 10^oC. Заданная зона тока электродвигателя червячного вала J_зад = 1,5 - 1,7 A.

Заданная зона давления в прессе P_зад = 78 - 82 кг/см². Заданное значение концентрации влаги C_зад ≤ 0,2 вес.%. Условный диаметр частиц каучука d = 7 мм.

При внесении возмущений в процесс обезвоживания каучука (по нагрузке, по вязкостным свойствам) изменились параметры процесса. Контроль процесса осуществляем след, образом: определяем по информации датчиков 8, 9, 12 соответственно текущее значение температуры, T = 211^oC; тока, J = 1,55 A; давление, P = 78,5 кг/см². Параметры не вышли за заданные зоны. Это говорит о нормальной работе пресса. Определяем по информации датчика 10 текущее значение влаги каучука C = 0,25%, т.к. оно вышло за заданное значение C > C_зад (0,25% > 0,2%), поэтому с помощью ЭВМ 13 контролируем установку регулятора 11 и уменьшаем проходное сечение выгрузного устройства 6 и соответственно диаметр частиц каучука до значения d = 5 мм. Это способствует удалению влаги в каучуке до значения C ≤ 0,2 вес.%.

Ниже приводится таблица показателей работы предлагаемого пресса и аналога.

Во время испытаний пресса точность контроля концентрации влаги в каучуке возросла до 3,4 отн.% против 7,1 отн.%. Это исключило плотностью брак каучука по влаге, что снизило энергетические затраты на производство каучука. Экономический эффект от внедрения составит 450 млн.руб. в год.

Внедрение пресса намечено на III кв. 1997г. в цехе выделения бутилкаучука АО "Нижнекамскнефтехим" (г. Нижнекамск).

Червячный пресс для обработки полимерных материалов содержит корпус с загрузочной воронкой и червячным валом, смонтированные на выходе выгрузного приспособления фильтрующую решетку и фильерную плиту, датчик тока электродвигателя червячного вала и датчик температуры фильерной плиты. В выгрузном приспособлении дополнительно установлены гранулятор полимерного материала с регулятором размера гранул и датчик давления. На выходе из пресса установлен датчик концентрации влаги полимерного материала и вычислительное устройство. Входы вычислительного устройства соединены соответственно с выходами датчика тока электродвигателя червячного вала, датчика температуры фильерной плиты, датчика давления и датчика концентрации влаги полимерного материала. Выход вычислительного устройства соединен с входом регулятора размера гранул полимерного материала. Устройство позволяет контролировать концентрацию влаги на выходе червячного пресса и регулировать размер гранул, а корректировка размера гранул каучука способствует более полному удалению влаги, что улучшает реологические свойства полимерного материала. 1 ил., 1 табл.

Червячный пресс для обработки полимерных материалов, содержащий корпус с загрузочной воронкой и червячным валом, фильтрующую решетку и фильерную плиту с отверстиями, смонтированные на выходе выгрузного приспособления, датчик тока электродвигателя червячного вала и датчик температуры фильерной плиты, отличающийся тем, что дополнительно установлены в выгрузном приспособлении гранулятор полимерного материала с регулятором размера гранул и датчик давления, датчик концентрации влаги полимерного материала - на выходе из пресса и вычислительное устройство, при этом входы вычислительного устройства соединены соответственно с выходами датчика тока электродвигателя червячного вала, датчика температуры фильерной плиты, датчика давления и датчика концентрации влаги полимерного материала, а выход вычислительного устройства соединен с входом регулятора размера гранул полимерного материала.