ГРАНУЛИРУЮЩИЙ ШНЕКОВЫЙ ПРЕСС Российский патент 1998 года по МПК B30B9/12 B28B3/22 

Изобретение относится к области переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в химической (производство катализаторов), пищевой и других.

Известен гранулирующий шнековый пресс (см. Шенкель Г. "Шнековые прессы для пластмасс. - Л.: 1962, с.65) для переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью. Гранулирующий шнековый пресс состоит из корпуса, втулки корпуса, шнека и многоканального пресс-инструмента. На втулке корпуса изготовлены рифы, направленные вдоль оси шнекового пресса. Перемещение формуемой массы с повышенной вязкостью, обладающей ограниченным запасом сдвиговой прочности и низкой адгезионной способностью шнеком из зоны загрузки к пресс-инструменту возможно только потому, что формуемая масса удерживается от проворота вместе со шнеком рифами, изготовленными на втулке, вставленной в корпус шнекового пресса.

Недостаток гранулирующего шнекового пресса следующий: уменьшение ограниченного запаса сдвиговой прочности массы в процессе перемещения ее к многоканальному пресс-инструменту до некоторого критического приводит к когезионному разрыву, иначе говоря, к срыву массы с рифов в наиболее напряженном аксиальном сечении: в зазоре между ребордой шнека и рифленой втулкой.

Известен гранулирующий шнековый пресс (см. решение о выдаче патента РФ по заявке N 96105736/02 (009848) от 30.10.96 "Гранулирующий шнековый пресс", приоритет 26.03.96) для переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью, включающей втулку с рифами на ее внутренней поверхности, шнек и многоканальный пресс-инструмент, причем рифы выполнены винтовыми, волнообразными с периодически изменяющимся поперечным сечением впадин произвольной формы, а волнообразные впадины рифов смещены друг относительно друга таким образом, что площадь поперечного сечения всех рифов в любом произвольном сечении корпуса одинакова.

Изготовление волнообразных рифов на внутренней поверхности втулки корпуса повышает устойчивость процесса формования, так как увеличивается ресурс сдвиговой прочности массы за счет более интенсивного ее обновления в зазоре между ребордой шнека и винтовыми волнообразными рифами, усиливается эффект смешения в каналах шнека, увеличивая структурную и температурную однородность массы, улучшая ее физико-механические свойства.

Это изобретение выбрано нами за прототип.

Недостатки гранулирующего шнекового пресса следующие: изменение угла наклона винтовой линии рифа относительно оси шнек-пресса α от 0 до +60^o в диапазоне α = 10^o-30^o уменьшает производительность шнек-пресса (фиг. 3, кривая 1), при этом начинает возрастать мощность, затрачиваемая на перемещение формуемой массы (фиг. 4, кривая 1), увеличивается загрузочная зона, что приводит к уменьшению зоны прессования и, как следствие, к ухудшению физико-механических свойств массы.

Изменение α от +30^o до +60^o приводит к увеличению производительности шнек-пресса (фиг. 3, кривая 1), но при этом в несколько раз возрастает мощность затрачиваемая на перемещение формуемой массы (в 2,5 раза при α = +20^o-+30^o) (фиг. 4, кривая 1).

Задачей настоящего изобретения является разработка гранулирующего шнек-пресса с повышенной производительностью при незначительном изменении мощности, затрачиваемой на перемещение формуемой массы, и уменьшении зоны дозирования.

Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается изготовлением волнообразных рифов на внутренней поверхности втулки с периодически изменяющимся поперечным сечением впадин произвольной формы, смещенных друг относительно друга с обеспечением одинаковой площади поперечного сечения всех рифов в любом произвольном сечении корпуса, шнек и многоканальный пресс-инструмент, отличающийся тем, что рифы втулки направлены под углом не более 20^o к оси шнека, а угол между рифами втулки и подъемом реборды винтовой линии шнека равен 90^o.

Гранулирующий шнековый пресс состоит из корпуса 1, втулки корпуса с винтовыми волнообразными рифами 2, шнека 3 и многоканального прессинструмента 4. На фиг. 1 представлен фрагмент гранулирующего шнекового пресса со втулкой, на внутренней поверхности которой изготовлены винтовые волнообразные рифы, с периодически изменяющимся поперечным сечением впадин произвольной формы, смещенных друг относительно друга с обеспечением одинаковой площади поперечного сечения всех рифов в любом произвольном сечении корпуса, а угол наклона винтовой линии рифа выбран таким, чтобы угол между направлением винтовой линии рифа и направлении реборды шнека (определяемым углом его подъема ϕ составлял 90^o (фиг. 1, 2).

Устройство работает следующим образом. Формуемая масса перемещается в корпусе пресса со втулкой и шнеком из зоны загрузки к многоканальному пресс-инструменту через зону дозирования, где рифы изготовлены с постепенным возрастанием амплитуды периодических изменений поперечного сечения и направлены под углом α′, равным -11^o относительно оси пресса. Угол подъема реборды винта ϕ равен +11^o. В этом случае угол между направлением реборды шнека и винтовыми волнообразными рифами составляет 90^o. В этом случае формуемая масса в шнеке совершает поступательное движение в сторону матрицы 4 (фиг. 1). Внутри канала 3 масса совершает так же винтообразное движение, совпадающее по направлению с волнообразными рифами, изготовленными на внутренней поверхности втулки. Геометрия рифов такова, что перемешивание в них происходит за счет перетекания массы из одного канала в другой, т.е. из области повышенного давления в область пониженного (рифы от расширяются, то сужаются).

В результате увеличивается производительность пресса при практически неизменной мощности, затрачиваемой на перемещение массы (см. фиг. 3 и 4).

Волнообразные рифы, изготовленные на втулке корпуса против реборды шнека, также уменьшают длину загрузочной зоны (зоны дозирования) (см. фиг. 5), тем самым увеличивая зону прессования, что увеличивает структурную и температурную однородность массы и улучшает ее физико-механические свойства.

Если угол подъема реборды шнека ϕ уменьшается, то увеличивается число витков в зоне дозирования, как следствие этого, возрастает время нахождения массы в шнеке и трение, уменьшается время жизни массы, что приводит к когезионному разрыву в наиболее напряженном аксиальном сечении и падению производительности (при ϕ ≤ 7^o наблюдается наибольший индекс сдвиговой прочности).

Если угол подъема реборды шнека ϕ увеличивается (ϕ ≥ 20^o), то в зоне дозирования отсутствует достаточное смешение, что в конечном итоге, так же приводит к ухудшению структурной и температурной однородности массы, ухудшению физико-механических свойств массы и, как следствие, падению производительности.

Использование предложенного гранулирующего пресса с втулкой, на внутренней поверхности которой изготовлены винтовые волнообразные рифы с периодически изменяющимся поперечным сечением впадины произвольной формы, направленные под углом ±20^o к оси гранулирующего шнекового пресса (не включая нулевое значение) и углом между винтовыми волнообразными рифами и подъемом реборды шнека ϕ, равным 90^o, увеличивает производительность гранулирующего шнекового пресса при практически неизменной потере мощности, затрачиваемой на перемещение массы, и уменьшает возможность срыва массы с рифов в наиболее напряженном аксиальном сечении.

Изобретение может быть использовано в процессах переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью в различных областях промышленности, например, в химической (производство катализаторов), пищевой и других. Гранулирующий шнековый пресс включает корпус, втулку, на внутренней поверхности которой выполнены винтовые волнообразные рифы с периодически изменяющимся поперечным сечением впадины произвольной формы, направленные под углом не более 20^o к оси шнека, угол между рифами втулки и подъемом реборды винтовой линии шнека равен 90^o, а волнообразные впадины рифов смещены друг относительно друга таким образом, что площадь поперечного сечения всех рифов в любом произвольном сечении корпуса одинакова, шнек и многоканальный пресс-инструмент. Технической задачей данного изобретения является увеличение производительности при незначительном изменении мощности, затрачиваемой на перемещении формируемой массы. 5 ил.

Гранулирующий шнековый пресс для переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью, содержащий размещенные в корпусе втулку с рифами на ее внутренней поверхности, выполненными винтовыми волнообразными с периодически изменяющимся поперечным сечением впадин произвольной формы, смещенных друг относительно друга с обеспечением одинаковой площади поперечного сечения всех рифов в любом произвольном сечении корпуса, шнек и многоканальный пресс-инструмент, отличающийся тем, что рифы втулки направлены под углом не более 20^o к оси шнека, а угол между рифами втулки и подъемом реборды винтовой линии шнека равен 90^o.