ВСПУЧИВАТЕЛЬ СУХОВОЗДУШНЫЙ ПОЛИСТИРОЛА ПСВ Российский патент 2007 года по МПК B29C67/20 B29C44/44 

Изобретение относится к технологическому оборудованию для изготовления "сухим" способом гранулированного пенополистирола из гранул полистирола ПСВ, содержащих изопентан или пентан. Гранулированный пенополистирол применяется в качестве теплоизоляционных засыпок, для изготовления формованного пенополистирола в виде плит, скорлуп, для упаковок, а также в качестве компонента композиционных материалов, в частности полистиролбетона.

Известно устройство [1] для непрерывного вспучивания гранул полистирола ПСВ, содержащее емкость с разделительным фильтром вверху, систему рециркуляции воздуха через емкость с его электроподогревом и нижней подачей в емкость, а также средство предотвращения слипания гранул. Последнее выполнено в виде вибрирующего поддона, в отбуртовках которого выполнены многочисленные отверстия для прохода воздуха, и приводной стержневой мешалки на весь объем емкости. Такое средство предотвращения слипания гранул позволяет проводить процесс при малой степени разрыхления объема гранул, что предопределяет компактность устройства и небольшую мощность системы рециркуляции. Практика показала работоспособность устройства и его высокую эффективность. Выявленный недостаток устройства - шум от вибрирующего поддона. Поэтому создание промышленного устройства большой производительности было проблематичным.

В качестве прототипа изобретения принято устройство [2] для непрерывного вспучивания гранул полистирола ПСВ. В описании изобретения даны три варианта устройства. Общими признаками их являются: наличие переменной по высоте емкости круглого сечения с разделительным фильтром в верхней части; система рециркуляции с электроподогревом воздуха, подача которого осуществляется через многочисленные щели внутренней стенки двустенного корпуса, наличие средства закручивания воздушного потока. Эти меры предприняты, по идее автора, для исключения слипания полистирольных частиц между собой, что нарушило бы ход процесса. Эти технические решения предопределяют необходимость большого рассредоточения гранул в емкости, для чего объем емкости должен быть многократно больше объема гранул, а мощность системы рециркуляции для создания турбулентного потока воздуха, проталкиваемого через многочисленные щели корпуса, - весьма значительной. Но даже это не исключит слипания гранул, т.к. закрученный поток будет прижимать их к горячим стенкам центробежными силами, и ввиду малой насыщенности воздушного потока гранулами не сорвет прилипшую к стенке гранулу, но пригонит к этой точке еще много разогретых, липких гранул. Это вызовет образование растущего конгломерата и нарушение процесса.

Упоминание в описании изобретения тенденции прилипания вспученных гранул к фильтру говорит о том, что скорость восходящего воздушного потока в емкости превышает их скорость витания и они устремляются к фильтру, где и слипнутся между собой, образуя спеки и нарушая процесс рециркуляции воздуха, т.к. создадут большое сопротивление прохождению воздуха через фильтр. Предложенные автором меры не могут устранить эти существенные проблемы, что проверено на практике. Поэтому можно утверждать, что по вышеназванным причинам этот вспучиватель не нашел применения.

Цель изобретения - создать работоспособный суховоздушный вспучиватель полистирола ПСВ, пригодный для промышленного производства гранулированного пенополистирола.

Поставленная цель достигается тем, что во вспучивателе, содержащем вертикальную емкость переменного по высоте сечения, фильтр, систему рециркуляции воздуха через емкость, средство нагрева рециркулирующего воздуха, загрузочный и разгрузочный патрубки, емкость выполнена граненной, суживающейся книзу, с верхним сечением, обеспечивающим скорость восходящего потока воздуха меньшей скорости витания вспученных гранул, и снабжена приводной многороторной мешалкой на всю высоту рабочей части емкости.

Достижению поставленной цели способствуют также следующие частные технические решения. Емкость выполнена квадратного сечения. Канал для подачи рециркулирующего воздуха в емкость выполнен в виде раструба, на всю ширину емкости и примыкает к днищу емкости. Роторы мешалки выполнены и размещены так, что траектории движения их стержней перекрываются. Электронагреватель воздуха расположен в обратном воздуховоде рециркуляции, за фильтром. Емкость теплоизолирована от окружающего воздуха.

Такое устройство компактно, высокопроизводительно, экономично, обеспечивает непрерывную работу без образования спеков частиц полистирола, пожаробезопасно, т.е. отвечает поставленной цели.

Так, обеспечение скорости воздушного потока в верхней части емкости, не превышающей скорости витания вспученных гранул, предопределяет создание в емкости довольно плотного размещения вспучиваемых гранул и относительно малые размеры емкости. Такой воздушный поток не увлекает вспученные гранулы к фильтру и он остается чистым, без прилипающих частиц, что обеспечивает стабильность процесса. В данном случае определяющим для емкости параметром служит площадь верхнего сечения емкости, поэтому для остальной части емкости более правильным выражением будет "сужающаяся книзу", а не "расширяющаяся кверху", как в прототипе. Предлагаемая форма емкости технологически оправдана. Чем ближе ко дну емкости, тем более тяжелые гранулы располагаются там и тем большая скорость воздушного потока (из-за меньшего сечения) омывает вспучиваемые гранулы, способствуя большей скорости теплопередачи, т.е. повышению производительности и некоторому разрыхлению слоя гранул. Ввод воздушного потока большим сечением, а не через многочисленные малые щели, позволяет полностью использовать динамический напор, создаваемый вентилятором, что обеспечивает, наряду с малой скоростью восходящего воздушного потока, небольшую мощность системы рециркуляции воздуха.

Наличие в емкости многороторной мешалки стержневого типа, на всю высоту рабочей части емкости, с перекрывающимися траекториями движения стержней обеспечивает разрыхление довольно плотного слоя гранул, чем препятствует образованию спеков гранул, и не образует единого вихревого потока, прижимающего гранулы к стенкам емкости, чему способствует и гранная форма емкости. Отсутствию прилипания гранул к стенкам емкости способствует также то, что стенки емкости имеют температуру, несколько более низкую, чем воздух в емкости, из-за некоторой теплоотдачи через теплоизоляцию в окружающий более холодный воздух. Это также положительно отличает предлагаемое изобретение от прототипа, где горячий воздух поступает в полость, образованную двойными стенками, т.е. перегревает стенки емкости, способствуя прилипанию вспучиваемых частиц.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Позиции чертежа обозначают: 1 - емкость; 2 - днище емкости; 3 - фильтр; 4 - воздуховод обратный; 5 - вентилятор; 6 - раструб; 7 - нагреватель; 8 - мешалка многороторная; 9 - стержни роторов; 10 - патрубок загрузочный; 11 - патрубки выгрузочные; 12 - патрубок сброса; 13 - заслонки патрубков; 14 - теплоизоляция.

Емкость 1 выполнена пирамидальной (частный случай гранной поверхности), сужающейся книзу. Верхняя часть емкости отделена фильтром 3, образованная этим полость соединена с обратным воздуховодом 4, в котором смонтирован электронагреватель 6. Обратный воздуховод присоединен к всасывающему патрубку вентилятора 5, а напорный патрубок вентилятора соединяется раструбом 6 с нижней частью емкости, над самым днищем 2. Все эти элементы образуют систему рециркуляции воздуха с его подогревом. Емкость снабжена многороторной мешалкой 8 со стержнями 9, а из чертежа ясно, как расположением роторов и длинами стержней роторов достигается перекрытие траекторий движения стержней. Патрубок загрузочный 10 для полистирола ПСВ - известной конструкции. Патрубки выгрузочные 11 служат для выгрузки вспученных гранул полистирола; нижерасположенный патрубок служит для выгрузки более плотного продукта, вышерасположенный патрубок - для выгрузки наименее плотного продукта. Нужный патрубок открывается соответствующей заслонкой 13; выгрузка может производиться и через оба патрубка. Патрубок сброса 12 предназначен для полной разгрузки емкости. Емкость снабжена теплоизоляцией 14.

Устройство работает следующим образом. Вентилятор гонит воздух по системе раструб-емкость-фильтр-воздуховод-нагреватель; воздух нагревается до заданной температуры, автоматически удерживаемой известным способом. Через патрубок загрузочный 10 дозатором известной конструкции подаются гранулы ПСВ, в горячей воздушной среде они вспучиваются, но не слипаются благодаря сильному потоку воздуха из широкого раструба 6 и воздействию мешалки. Растущий по высоте слой вспучиваемых гранул поднимается; в верхней части этого столба продукта находятся самые легкие гранулы; когда столб продукта достигает выгрузочного патрубка, начинается самопроизвольная выгрузка вспученных гранул. Благодаря тому, что стержни роторов мешалки рассредоточены по всей рабочей части емкости, в емкости устанавливается стабильный псевдокипящий слой, без так называемых "пузырей", и в верхнюю часть столба продукта не проникают более тяжелые гранулы из нижних частей его. Вращающиеся стержни роторов мешалки хорошо разрыхляют массу гранул, не давая им слипаться, тем более, что траектории движения стержней роторов мешалки перекрываются, а это создает хаотическое движение гранул, ни на долю секунды не оставляя их в контакте друг с другом.

Благодаря пирамидальной форме емкости, сужающейся книзу, в нижних частях столба вспучивающихся гранул восходящий поток воздуха имеет большую скорость, что способствует разрыхлению слоя более тяжелых, еще недовспученных гранул, облегчая работу мешалки.

Важно также то, что масса вспучиваемых гранул, имея лишь небольшое разрыхление, хорошо "обметает" стенки емкости, не давая гранулам ни малейшей возможности прилипнуть к ним.

Электронагреватель рециркулирующего воздуха расположен за фильтром, что исключает проникновение горючих гранул к нагревателю и обеспечивает пожаробезопасность процесса в отличие от прототипа, где нагреватель расположен рядом с фильтром.

Тепловая изоляция емкости вспучивателя и воздуховода рециркуляции обеспечивает энергетическую экономичность устройства и исключает пристенные более холодные зоны, где вспучивание замедляется, как это есть в прототипе.

В целом все эти меры позволяют установке работать в непрерывном автоматическом режиме. Вспучиватель, основанный на этих принципах, был построен, в процессе отработки в него вносились конструктивные изменения, которые и отражены в данной заявке. В результате на вспучивателе удавалось получить продукт с минимальной плотностью 8 кг/м³, причем в реальных производственных условиях, на реальной автоматически действующей компактной установке производительностью от 1 до 3 м³/ч (в зависимости от качества сырья и требуемой плотности продукта), с установленной мощностью всего 4 кВт. Для воздействия на качество продукции и производительность установки возможно использование трех регулируемых факторов: скорости загрузки установки сырьем, температуры горячего воздуха, выбора выгрузочного патрубка.

Приведенные сведения доказывают возможность достижения поставленной цели.

Источники информации

1. Патент RU 2160184 С2, МПК⁶ В 29 С 67/20, 44/02. Устройство для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола / Ю.А.Мучулаев (РФ). - 96106078/12; Заявлено 28.03.96; Опубл. 10.12.2000, Бюл.№34.

2. А.с. 680628, МКИ³ В 29 D 27/00. Способ изготовления изделий из пенопласта и устройство для его осуществления / Ж.Лезье и Б.Вассер (Франция). - 2507514/05; Заявлено 02.08.77; Опубл. 25.08.79, Бюл. №30.

Изобретение относится к оборудованию для изготовления по сухому способу гранулированного пенополистирола, который применяется в качестве теплоизоляционных засыпок, для изготовления формованного пенополистирола в виде плит, скорлуп для упаковок, а также в качестве компонента композиционных материалов, в частности полистиролбетона. Вспучиватель суховоздушный полистирола ПСВ содержит вертикальную емкость переменного по высоте сечения, систему рециркуляции воздуха через емкость, средство нагрева рециркулирующего воздуха, фильтр, загрузочный и разгрузочный патрубки. Емкость выполнена с верхним сечением, обеспечивающим скорость восходящего потока воздуха меньшей скорости витания вспученных гранул, и снабжена приводной многороторной многостержневой мешалкой на всю высоту рабочей части емкости. Изобретение обеспечивает непрерывную работу без образования спеков частиц полистирола. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вспучиватель суховоздушный полистирола ПСВ, содержащий вертикальную емкость переменного по высоте сечения, систему рециркуляции воздуха через емкость, средство нагрева рециркулирующего воздуха, фильтр, загрузочный и разгрузочный патрубки, отличающийся тем, что емкость выполнена с верхним сечением, обеспечивающим скорость восходящего потока воздуха меньшей скорости витания вспученных гранул и снабжена приводной многороторной многостержневой мешалкой на всю высоту рабочей части емкости.2. Вспучиватель по п.1, отличающийся тем, что емкость выполнена граненой формы.3. Вспучиватель по п.1, отличающийся тем, что роторы мешалки выполнены с перекрытием траекторий движения стержней.4. Вспучиватель по п.1, отличающийся тем, что канал для подачи рециркулирующего воздуха в емкость выполнен в виде раструба на всю ширину емкости и примыкает к днищу емкости.