Изобретение относится к устройству для грубого измельчения водосодержащего полимерного геля с двумя расположенными осепараллельно друг к другу, вращающимися в различных направлениях валками с зазором между ними для прохождения полимерного геля, и к соответствующему способу с применением такого устройства.
Водосодержащие полимерные гели получают из водорастворимых мономеров полимеризацией в растворе в процессе получения водорастворимых или водонабухаемых полимеров. Промышленные способы получения водорастворимых полимеров известны. Полимерные гели находят применение в качестве флокулянтов, обезвоживающих и удерживающих средств, в качестве средств повышения вязкости в водных средах, например, при третичном методе добычи нефти или в качестве вспомогательных веществ в процессах размола и диспергирования. Также известны способы получения водонабухаемых полимеров, применяемых в качестве суперабсорбентов в области гигиены и санитарии, в качестве средств для улучшения почвы в сельском хозяйстве или в качестве уплотняющих средств при изготовлении токо- и светопроводящих кабелей.
Получение порошкообразных продуктов осуществляют, как правило, в ходе проведения непрерывного процесса, например, путем радикальной полимеризации водорастворимых полимеров на бесконечной ленте, как описано в DE 3544770 C2, причем после полимеризации образуются водосодержащие, мягкие, вязкоэластичные или хрупкие полимерные гели. Переработка полимерных гелей в порошки производится на последующих стадиях процесса, которыми являются грубое измельчение, тонкое измельчение, сушка и размалывание, и требует значительных затрат, поскольку свойства полученного в гелеобразном состоянии полимера должны быть сохранены. Требуемое для этого равномерное протекание процесса затрудняется уже предварительным и последующим измельчением мягких, вязкоэластичных или хрупких гелей. Так, вязкоэластичные гели в виде блоков или полос разрываются в смесителях на куски неравномерной величины, в то время как при дезагрегировании мягких гелей образуются куски, размер которых тем больше, чем выше пластичность, и, кроме того, мешалки часто забиваются наматывающимся на них гелевым материалом. В результате поток материала получается неравномерным, что приводит к колебаниям толщины слоя при сушке на сетчатой ленточной сушилке и тем самым к непросушке или пересушке полимера с затруднением последующего процесса размалывания и классификации, а с другой стороны, например, из-за ороговения полимера, к снижению растворимости или набухаемости и тем самым к потере потребительских свойств продукта.
Кроме того, при обычной переработке хрупких, сшитых гелей с содержанием сшивающего агента выше 0,15% в пересчете на общее количество мономеров часто образуются большие количества слишком мелких частиц геля, которые после сушки и размалывания уменьшают выход сухого продукта в требуемых гранулометрических пределах, например в пределах от 1000 мкм до 3000 мкм.
Для устранения отмеченных недостатков при получении полимеров в виде частиц с высоким молекулярным весом и хорошей растворимостью в DE 3506534 C2 предлагается сначала разрезать полимерную пленку толщиной максимально 10 мм в резальной машине валкового типа на полосы шириной от 3 мм до 10 мм с помощью пары валков, имеющих на их поверхностях множество отстоящих друг от друга на заданных расстояниях кольцеобразных выступов или бороздок и вращающихся в различных направлениях относительно друг друга. Затем эти полосы разрезают на кубические куски с длиной одной стороны от 3 мм до 10 мм с помощью комбинированного инструмента, состоящего из неподвижного лезвия и ротационного режущего устройства. При этом ротационное режущее устройство имеет вращающийся цилиндрический корпус по меньшей мере с одним лезвием на его окружности.
Согласно способу, описанному в DE 3506534 C2, концентрацию полимера в случае акриламидных полимеров необходимо выбирать в пределах 20-60 мас.%, а в случае катионных полимеров, которые образуют, в частности, гомополимеры с очень мягкой консистенцией, концентрацию мономера необходимо выбирать в пределах 50-85 мас.%. Для получения гелей, которые пригодны к переработке в таком их состоянии, в этом способе далее требуется наносить на полимерную пленку неионогенные или анионогенные поверхностно-активные вещества, вдувать холодный воздух для охрупчивания гелевой массы после ее охлаждения, а также при необходимости предварительно сушить полимерную пленку при 50-120oC горячим воздухом. Далее, в рассматриваемом способе вследствие особого расположения подрезных ножей необходимо, чтобы при полимеризации получался полимер с точно определенной толщиной слоя. Указанные условия проведения способа усложняют процесс как в аппаратурном, так и в технологическом отношении и тем самым удорожают его в экономическом отношении.
Поэтому в основу изобретения была положена задача создать усовершенствованное устройство для грубого измельчения водосодержащих полимерных гелей, позволяющее проводить равномерное и рентабельное дезагрегирование мягких, вязкоэластичных или хрупких полимерных гелей, а также разработать способ, пригодный для равномерной и рентабельной переработки водных полимерных гелей различной консистенции.
Для решения этой задачи согласно изобретению предлагается усовершенствованное устройство вышеназванного типа, в котором один валок выполнен в виде разрезного валка, на котором закреплен по меньшей мере один проходящий в осевом направлении, имеющий режущую кромку поперечно-режущий элемент и один проходящий в радиальном направлении, имеющий круговую режущую кромку продольно-режущий элемент, а другой валок выполнен в виде сопряженного, т.е. парного валка.
Преимущество выполненного согласно этому техническому решению устройства для грубого измельчения водосодержащего полимерного геля состоит в том, что благодаря расположению поперечно-режущего и продольно-режущего элементов на одном валке устройство получается экономичным, причем оно измельчает гель за одну единственную рабочую операцию, благодаря чему измельчение может производиться быстро и экономически оптимально.
В качестве еще одного решения вышеназванной задачи согласно изобретению предлагается усовершенствованное устройство вышеназванного типа, в котором один валок выполнен в виде поперечно-разрезного валка, на котором закреплен по меньшей мере один проходящий в осевом направлении, имеющий режущую кромку поперечно-режущий элемент, другой валок выполнен в виде парного валка, а перед поперечно-разрезным валком установлен продольно-разрезной валок по меньшей мере с одним проходящим в радиальном направлении, имеющим круговую режущую кромку продольно-режущим элементом.
Преимущество выполненного согласно этому техническому решению устройства для грубого измельчения водосодержащего полимерного геля состоит в том, что его конструкция упрощается в сравнении с известным из уровня техники устройством, что процесс резания можно быстро и экономично проводить на одном устройстве и что разделение резания на продольное и поперечное и выполнение этой операции в две последовательные стадии позволяет получить очень чистый рез.
В предпочтительном варианте выполнения ширина зазора между валками приблизительно соответствует высоте поперечно-режущего и/или продольно-режущего элементов. Преимущество этого заключается в том, что режущие элементы по меньшей мере в одной точке их окружной траектории контактируют с парным валком, благодаря чему обеспечивается чистое отделение полимерного геля.
Ширину зазора между валками можно изменять, что позволяет точно выставлять зазор в зависимости от подвергаемого разрезанию полимерного геля и состояния режущих элементов. Точная установка зазора может производиться, например, путем смещения всего парного валка относительно разрезного, соответственно поперечно-разрезного валка и параллельно ему.
В наиболее предпочтительном варианте выполнения окружная скорость продольно-режущего элемента больше скорости подачи полимерного геля. Благодаря этому устраняется возможность затора материала.
В еще одном из предпочтительных вариантов режущие элементы выполнены из тонкозаточенной с одной стороны стальной полосы, а в поперечном сечении выполнены предпочтительно плоскими или серпообразными. Благодаря этому угол между режущей кромкой и поверхностью геля при врезании составляет менее 90o, обеспечивая чистый и равномерный рез.
Для этого также целесообразно распределить поперечно-режущие элементы равномерно по окружности разрезного валка и расположить их параллельно или винтообразно к его продольной оси.
В особо предпочтительном варианте выполнения устройства согласно изобретению парный валок перемещает полимерный гель и прижимает его во время процесса резания к поперечно- и/или продольно-режущим элементам. Преимущество этого состоит в надежности перемещения полимерного геля и чистоте отрезания в предусмотренном для этого месте.
На разрезном валке могут быть закреплены один или несколько продольно-режущих элементов и один или несколько поперечно-режущих элементов, благодаря чему полимерный гель может быть разрезан на куски практически любого размера.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения поверхность парного валка покрыта пластмассой. Эта пластмасса должна, с одной стороны, защищать парный валок от износа и повреждений, а с другой стороны, способствовать хорошему его сцеплению с полимерным гелем, не оказывая на это сцепление отрицательного влияния. Для этой цели применяют предпочтительно полиэтилен, полипропилен или тефлон.
В еще одном особо предпочтительном варианте выполнения поверхность парного валка имеет углубления. При этом углубления расположены таким образом, что в них могут входить режущие кромки закрепленных на разрезном валке поперечно- и/или продольно-режущих элементов. Благодаря этому режущие элементы полностью проникают сквозь полимерный гель и чисто отрезают его.
В качестве еще одного решения вышеуказанной задачи согласно изобретению предлагается способ грубого измельчения водосодержащего полимерного геля, в котором водосодержащий полимерный гель непосредственно после полимеризации без вспомогательных средств или дополнительной технологической обработки подвергают грубому измельчению на куски заданного размера с помощью устройства согласно по меньшей мере одному из п.п. 1-11 формулы изобретения.
Этот способ предпочтительно проводить в непрерывном режиме.
Было установлено, что водосодержащие полимерные гели различного состава и консистенции, при необходимости непосредственно после полимеризации, без каких-либо вспомогательных средств или дополнительной технологической обработки могут быть подвергнуты грубому измельчению на куски заданного размера с помощью устройства согласно изобретению и направлены в виде непрерывного потока материала на стадию тонкого измельчения и на последующие стадии обработки, которыми являются сушка, размол и классификация.
Преимущество этого заключается в существенном упрощении и удешевлении способа грубого измельчения водосодержащих полимерных гелей и в целом способа обработки таких полимерных гелей, в частности, по той причине, что отпадает необходимость в других вспомогательных средствах или операциях по обработке. В то время как в известных способах измельчение возможно лишь благодаря достаточной прочности геля, применение предлагаемого устройства позволяет перерабатывать также мягкие и пластичные полимерные гели, например сополимеры с высокой катионной долей, катионные гомополимеры или низкомолукулярные полимеры, поскольку водные полимерные гели поддаются резанию. Пластичность полимерных гелей, напротив, имеет второстепенное значение.
Способ согласно изобретению обеспечивает равномерное и бесперебойное поступление потока материала на последующие стадии, в частности на стадии сушки, размола и ситовой классификации порошков. Устраняются, в частности, недостатки, обусловленные пересушкой, а качество порошковых продуктов постоянно поддерживается на высоком уровне.
Ниже изобретение подробнее поясняется на примерах его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Равным образом вышеназванные и приводимые ниже признаки согласно изобретению могут быть реализованы как по отдельности, так и в любых их комбинациях друг с другом. Упомянутые варианты выполнения не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения, и они приведены лишь в качестве примеров. Варианты выполнения изобретения представлены на фиг. 1-4, на которых, в частности, показано:
на фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта выполнения предлагаемого устройства для грубого измельчения водосодержащих полимерных гелей;
на фиг. 2 - вид в перспективе второго варианта выполнения предлагаемого устройства с двумя продольно-режущими элементами и тремя равномерно распределенными по окружности разрезного валка поперечно-режущими элементами;
на фиг. 3 - третий вариант выполнения предлагаемого устройства с пятью продольно-режущими элементами и одним поперечно-режущим элементом, расположенным по длине разрезного валка со смещением соответственно на 60o;
на фиг. 4 - вид в перспективе четвертого варианта выполнения предлагаемого устройства, в котором поперечно- и продольно-режущие элементы расположены на двух отдельных валках.
На отдельных чертежах предлагаемое устройство показано в упрощенном схематичном виде без соблюдения масштаба. Для большей наглядности некоторые элементы на чертежах изображены отчасти в непропорционально большом увеличении с целью более наглядного пояснения их конструкции.
Показанный на фиг. 1 первый вариант выполнения применяется преимущественно для грубого измельчения мягких и/или пластичных водосодержащих полимерных гелей 10. Этот полимерный гель 10 подается на устройство в виде полосы 10 толщиной максимально 10 мм. Эта полоса 10 пропускается в зазор 13, образованный между разрезным валком 11 и парным валком 12. Закрепленный на разрезном валке 11 продольно-режущий элемент 14 разделяет гелевую полосу 10 на две части, а закрепленный также на разрезном валке 11 поперечно-режущий элемент 15 отделяет от каждой части гелевой полосы куски 16 в виде параллелепипеда. Ширина зазора 13 между валками выбрана такой, что режущая кромка 17 поперечно-режущего элемента 15 и круговая режущая кромка 18 продольно-режущего элемента 14 могут проходить в этом зазоре почти касаясь парного валка 12, но не задевая его. В этом первом варианте выполнения разрезной валок 11 имеет по одному продольно-режущему элементу 14 и поперечно-режущему элементу 15.
Зазор 13 между валками можно регулировать, согласуя с требованиями для различных целей применения.
На фиг. 2 показан второй вариант выполнения с двумя продольно-режущими элементами 14 и тремя равномерно распределенными по окружности разрезного валка 11 поперечно-режущими элементами 15. В остальном этот вариант выполнения соответствует вышеописанному первому варианту.
Этот второй вариант выполнения применяется преимущественно для грубого измельчения вязкоэластичных или хрупких полимерных гелей.
В показанном на фиг. 3 третьем варианте выполнения предусмотрено пять продольно-режущих элементов 14 и один поперечно-режущий элемент 15. Однако отдельные сегменты этого поперечно-режущего элемента 15 расположены на окружности разрезного валка 11 с угловым шагом по его осевой длине соответственно 60o.
В показанном на фиг. 4 четвертом варианте выполнения имеется один поперечно-разрезной валок 19 с тремя распределенными по его окружности поперечно-режущими элементами 15 и установленный перед поперечно-разрезным валком 19 продольно-разрезной валок 20, несущий два продольно-режущих элемента 14.
В этом варианте выполнения поперечно-режущие элементы 15 имеют в поперечном сечении серпообразную форму, так что угол между режущей кромкой 18 и поверхностью полимерного геля 10 при врезании составляет менее 90o.
В качестве продольно-режущих элементов 14 применяются ножи в принципе известной, преимущественно дискообразной, круглой формы и известного исполнения, изготовленные, например, из высококачественной стали и расположенные произвольно или с определенным отступом друг от друга на разрезном валке 11, 20. Размер продольно-режущих элементов 14 выбирается таким, чтобы в процессе резания каждый элемент прорезал насквозь весь слой полимерного геля. Предлагаемое устройство позволяет нарезать полимерные гели, предпочтительно имеющие вид лентообразных гелевых полос толщиной от 3 до 500 мм, более предпочтительно от 3 до 150 мм и наиболее предпочтительно от 10 до 130 мм.
В качестве поперечно-режущих элементов 15 применяются тонкозаточенные с одной стороны стальные полосы, поверхность которых выполнена плоской или предпочтительно имеет серповидный профиль, в силу чего угол между режущей кромкой и поверхностью геля при врезании составляет менее 90o.
Поперечно-режущие элементы 15 могут быть расположены на вращающемся валке с любым радиальным шагом, с различным или предпочтительно равным угловым шагом, параллельно или винтообразно к оси вращения.
Размер поперечно-режущих элементов 15 выбирается таким, чтобы разрезание полимерных гелей с указанной толщиной слоя и шириной от 100 до 2000 мм, предпочтительно от 100 до 800 мм, производилось за одну рабочую операцию, т. е. при однократном пропускании полимерного геля через устройство.
Количество, а также расположение продольно-режущих 14 и поперечно-режущих 15 элементов являются величиной переменной и зависят от свойств обрабатываемого полимерного геля и от задаваемых размеров нарезаемых гелевых отрезков, длина которых составляет от 100 до 200 мм при ширине от 10 до 200 мм.
На фиг. 1-4 одновременно показан принцип действия устройства. В процессе резания получают гелевые куски в форме, зависящей от числа продольно-режущих 14 и поперечно-режущих 15 элементов, а также от скорости пропускания гелевой полосы через устройство. Показанные формы получаются при одинаковой скорости пропускания полосы материала и окружной скорости продольно-режущих элементов 14. Однако во избежание заторов материала обычно окружную скорость продольно-режущих элементов 14 выбирают несколько большей в сравнении со скоростью подачи полосы полимерного геля, которая составляет от 0,05 м/мин до 1,5 м/мин, предпочтительно от 0,1 до 0,5 м/мин.
В еще одном (не показанном) варианте выполнения устройства согласно изобретению режущие элементы могут быть расположены на нескольких, предпочтительно двух или трех вращающихся валках. Например (см. фиг. 4), устройство может состоять из двух валков, причем на первом валке 20 расположен по меньшей мере один продольно-режущий элемент 14, а на втором валке 19 - по меньшей мере один поперечно-режущий элемент 15.
Устройство согласно изобретению позволяет без применения вспомогательных средств предотвращать налипание гелевых кусков на режущие элементы, соответственно между режущими элементами.
Параллельно продольно-режущим 14 и поперечно-режущим 15 элементам установлен с зазором 13 между валками, изменяемым в соответствии с толщиной перерабатываемого гелевого слоя, по меньшей мере один парный валок 12, перемещающий гель и во время процесса резания прижимающий его к режущим кромкам 17, 18 режущих элементов 14, 15.
Поверхность парного валка 12 предпочтительно покрыта пластмассой, например полиэтиленом, полипропиленом и/или тефлоном, и предпочтительно структурирована. Благодаря нанесенным зарубкам, в которые могут входить режущие кромки 17,18 режущих элементов 14, 15, дополнительно обеспечивается разрезание слоя геля по всей толщине. С использованием устройства согласно изобретению предлагаемый способ позволяет полностью разделять водосодержащие полимерные гели водорастворимых или водонабухаемых гомо- и сополимеров или привитых полимеров, предпочтительно непосредственно после полимеризации, на куски заданного размера, которые равномерно подаются на последующую стадию тонкого измельчения, осуществляемую, например, в шнековом аппарате.
Названные водосодержащие полимерные гели образуются путем радикальной полимеризации водорастворимых однократно или необязательно многократно олефиновоненасыщенных мономеров. Примерами таковых являются α,β-ненасыщенные моно- и дикарбоновые кислоты, такие как акриловая, метакриловая, малеиновая, итаконовая кислоты и/или их натриевые, калиевые и/или аммониевые соли, эфиры акриловой и метакриловой кислот с аминоалкиловыми спиртами в форме четвертичной соли или в форме гидросолей, таких как диметиламиноэтил(мет)акрилат-гидрохлорид, диметиламиноэтил (мет)акрилат-гидросульфат, диметиламиноэтил(мет)акрилат- метохлорид, диметиламиноэтил(мет)акрилат-метосульфат, акриламид и метакриламид и их N-моно- и N,N-диалкилпроизводные, такие как (мет)акриламидопропилтриметиламмонийхлорид, (мет)акриламидопропилтриметиламмонийметилсульфат, а также N-метилол (мет)акриламид и его неполные или полные эфиры с C1-C4- спиртами, (мет)акриламидоалкилсульфоновые кислоты и/или их соли, такие как 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота, гидроксиалкил(мет)акрилаты, а также винилсульфоновая кислота, (мет)аллилсульфоновая кислота, сульфат металлилового спирта, винилфосфоновая кислота и/или их соли, N-виниламиды, как, например, N-винилформамид, N-винилацетамид, N-винил-N-метилацетамид и N-винил-N-метилформамид, диаллилдиметиламмонийхлорид, N-винилпирролидон, N-винилимидазол, N-винилимидазолин, 2-метил-1-винилимидазолин, 2-сульфоэтил(мет)акрилат, стиролфосфоновая кислота и стиролсульфоновая кислота и/или их соли.
Примеры многократно олефиновоненасыщенных соединений включают акрилаты и метакрилаты полиолов, такие как бутандиолдиакрилат, гександиолди(мет)акрилат, полигликольдиакрилат, триметилолпропантриакрилат, этоксилированный триметилолпропантриакрилат, аллилакрилат, диаллилакриламид, триаллиламин, диаллиловый эфир, метиленбисакриламид и функциональные соединения, такие как полимер глицидилового эфира, эпихлоргидрин.
Указанные мономеры могут быть сополимеризованы друг с другом в любом соотношении.
Водосодержащие гели привитых полимеров получают путем полимеризации по меньшей мере одного из названных мономеров с субстратами, такими как крахмал, целлюлоза или их производные, как, например, карбоксиметил- или гидроксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт или частично омыленный до поливинилового спирта поливинилацетат.
Примеры таких полимерных гелей включают водосодержащие, вязкоэластичные высокомолекулярные, ионогенные или неионогенные или амфотерные моно- или сополимеры, применяемые в качестве флокулянтов, удерживающих средств и/или загустителей, ломкохрупкие, сшитые моно- и сополимеры, применяемые в качестве суперабсорбентов для изготовления предметов гигиены, санитарии и медицины (для лечения недержания) или, например, для улучшения почвы в области растениеводства и сельскохозяйственного производства. Для хрупких полимерных гелей, таких как продукты типа Stokosorb®, способ по изобретению позволяет снизить приблизительно на 20 мас.% ухудшающую применение гелей мелкозернистую долю порошка в пользу гранулометрического интервала от 200 до 1000 мкм.
Изобретение относится к переработке водосодержащих полимерных гелей и предназначено для их грубого измельчения. Варианты способа позволяют осуществить более равномерное и экономичное разделение полимерных гелей. Для этого используют устройство, которое содержит два валка. Один из валков выполнен разрезным с закрепленными на нем по меньшей мере одним радиально расположенным с круговой режущий кромкой продольно-режущим элементом и с расположенным в направлении его оси поперечно-режущим элементом. При этом второй валок выполнен парным с первым. При втором варианте выполнения устройство содержит поперечно-разрезной валок с поперечно-режущим элементом и парный с ним валок, расположенный с ним осепараллельно с зазором для прохождения водосодержащего полимерного геля и с возможностью вращения в различных направлениях. При этом перед поперечно-разрезным валком установлен продольно-разрезной валок с продольно-режущим элементом. 4 c. и 20 з.п.ф-лы, 4 ил.
| US 4340342 A, 20.07.82 | |||
| Станок для резки листового материала из стеклянного волокна | 1957 |
|
SU111300A1 |
