Устройство для растворения полимерных материалов Советский патент 1992 года по МПК B01F1/00 B01F7/24 

Изобретение относится к технологии приготовления растворов высокомолекулярных соединений, в частности низкоконцентрированных, как водных, так и на основе органических растворителей, и может быть использовано при приготовлении пленкообразующих систем для капсулиро- вания дисперсных материалов, водоэмульсионных смазок, СОЖ и др.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для растворения полимерных материалов, содержащее емкость с размещенным в нем вертикальным валом и радиально закрепленными на валу лопастями, выполненными в виде рамок, внутри которых установлены ребра жесткости и натянуты струны (проволоки) в одной рамке в радиальном, а в другом - в поперечном направлениях.

Недостатком известного устройства является отсутствие принудительной циркуляции жидкостных потоков в вертикальных плоскостях, что не исключает образования застойных зон в пристеночной и центральной частях (по оси вращения) аппарата и может вызывать налипание комков полимера на стенки и поверхность вала перемешивающего устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса растворения полимерных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для растворения полимерных материалов, содержащем емкость размещенный в ней вертикальный вал с мешалкой, имеющей ребра жесткости, боковые элементы которой соединены с валом посредством натянутых струн, боковые элементы мешалки выполнены винтовыми с углом подъема, не превышающим 30°. и расположенных на коаксиальной оси вала поверхности вращения.

Винтовой профиль рамок создает принудительную циркуляцию жидкостных потоков в вертикальных плоскостях, в том числе в пристеночной и центральной(вблизи вала) частях аппарата, что исключает образование застойных зон на периферии и по оси вращения и предотвращает налипание комсл С

VI СО

о ел

00

GJ

ков полимера на конструктивные поверхности, что повышает эффективнось приготовления растворов полимеров, особенно низкоконцентрированных, в которых комки (а также макромолекулы) полимера находятся друг от друга на значительных расстояни- ях, превышающих их собственные геометрические размеры, и обуславливают неоднородность раствора.

На фиг. 1-3 изображено устройство для растворения полимерных материалов.

Устройство состоит из емкости 1, установленного в нем вертикального вала 2 с приводом 3, радиально укрепленных на валу лопастей 4 с ребрами жесткости 5, выпол- ненными в виде винтовых линий, расположенных в коаксиальной плоскости вращения с углом подъема, не превышающим 30°.

При углах подъема винтовой линии, превышающих указанный предел, существенно возрастает гидродинамическое сопротивление и, следовательно, увеличивается расход энергии на привод.

Радиус коаксиальной поверхности вращения г, в которой расположены боковые винтовые ребра жесткости лопастей, преимущественно составляет г R/ , где R - радиус аппарата. Такое соотношение размеров определено теоретически исходя из условия равнообъемности циркуляционных потоков, разделяемых коаксиальной поверхностью вращения, без учета разности гидродинамических сопротивлений в центральной части аппарата (вдоль вала привода) и периферийной зоне.

Устройство работает следующим образом.

При включении привода вал вместе с лопастями совершает вращательное движение и начинается процесс перемешивания и диспергирования материала в растворителе. Так как ребра жесткости образуют винтовую линию, то в объеме, кроме горизонтальных жидкостных потоков, образуются вертикальные потоки, циркулирующие в пристеночной зоне и в зоне вращения вала, Поскольку в рамках лопасти натянуты струны 6 (или проволоки), то струны, бороздя жидкость, образуют активные локализованные турбулентные потоки как в вертикальных, так и в горизонтальных, а также коаксиальных поверхностях вращения, что интенсифицирует процесс диспергирования, а следовательно, растворения полимерного материала, обеспечивая высокую степень гомогенизации раствора за более короткий промежуток времени, чем в известных устройствах.

Создание в объеме жидкости принудительных вертикальных циркуляционных потоков исключает образование застойных зон, в том числе в периферийной и центральной частях аппарата, налипание комков полимера, сокращает время приготовления раствора с высокой степенью гомогенизации, что повышает эффективность работы устройства и процесса растворения, осо0 бенно при приготовлении низкоконцентрированных растворов, в которых комки полимеров активно диспергируются струнами лопаток и равномерно распределяются во всем объеме растворителя за счет созда5 ваемых струнами активных локализованных турбулентных потоков и винтовой линией ребер жесткости макроциркуляций в горизонтальных и в вертикальных поверхностях вращения.

0П р и м е р 1. Приготовление 0,2%-ного

раствора полиакриламида (ПАА).

В емкость мешалки на 100 мае.ч. воды, разогретой до 40-60°С, вводили 0,2 мае.ч. ПАА, включали привод и перемешивали до

5 образования однородного раствора не содержащего комков.

Контроль гомогенности раствора осуществляли следующим образом. Раствор процеживали через сито с размером сторон

0 ячейки в свету 0,08 мм под давлением 0,08- 0,09 МПа. Если раствор вытекал из отверстий и на сите не оставалось комков полимера, раствор считали гомогенным При наличии комков сетка забивалась и вы5 текание раствора прекращалось. Налипание комков на стенки аппарата и вал определяли визуально.

Длительность процесса перемешивания (приготовления раствора) до образова0 ния гомогенного раствора в предлагаемом устройстве составила 28-32 мин, в известном 36-40 мин. На стенках емкости и вала комков полимера не обнаружено

П р и м е р 2. Приготовление 1,5%-ного

5 раствора метилцеллюлозы (МЦ) марки МЦ- 100(ТУ-В-62-68).

В емкость на 98,5 мае.ч. воды, разогретой до , вводили 1,5 мае.ч. волокнистой МЦ, включали привод и перемешивали

0 до образования гомогенного раствора. Контроль качества растворения проводили аналогично примеру 1. Длительность растворения в предлагаемом устройстве составила 30-35 мин, в известном 42-48 мин.

5П р и м е р 3. Приготовление 3%-ного

раствора поливинилового спирта (ПВС) марки ПВС, ГОСТ 10779-69.

В емкость мешалки на 97 мае.ч. воды, разогретой до 60-70°С, добавляли 3 мае.ч. порошкообразного ПВС, включали привод и

перемешивали до образования гомогенного раствора. Контроль качества растворения проводили аналогично примеру 1. Длительность процесса растворения в предлагаемом устройстве составила 22-25 мин, а в известном 30-35 мин. На стенках емкости и вала полностью отсутствовали комки полимера.

Как видно из примеров 1-3 эффективность растворения (приготовления раство- ра с высокой степенью гомогенности) в предлагаемом устройстве по сравнению с известным увеличивается на 13-20%, что снижает энергозатраты, исключает потерю полимерного материала, повышает интен- сивность процесса растворения (диспергирования) полимера, а также равномерного распределения макромолекул полимера по всему объему растворителя.

В предлагаемом устройстве рабочий орган обладает минимальной парусностью, активно рассекает комки полимера и винтообразными ребрами создает вертикальную циркуляцию в плоскости вращения, обеспечивая высокую эффективность гомогениза- ции и растворения и снижение энергозатрат.

Предел угла подъема не должен превышать 30°, о чем свидетельствуют данные эксперимента на примере приготовления 1,5%-ного раствора МЦ (метилцеллюлозы марки МЦ-100), приведенные в таблице.

Из таблицы видно, что уменьшение угла подъема (ниже 30°) приводит к снижению энергозатрат на привод, однако при этом эффективность гомогенизации (диспергирования комков полимера) снижается. Это происходит за счет того, что при уменьшении угла подъема уменьшается высота зоны, которую захватывает рабочий орган (рамка). При увеличении угла подъема (выше 30°) возрастают энергозатраты на привод, увеличивается зона захвата рабочим органом, при этом эффективность гомогенизации снижается, так как при увеличении угла подъема усиливается горизонтальная циркуляция всей массы раствора, что приводит к снижению относительной скорости рассекания (бороздения) струнами массы раствора.

Формула изобретения Устройство для растворения полимерных материалов, содержащее емкость, размещенный в ней вертикальный вал с мешалкой, боковые элементы которой соединены с валом посредством натянутых струн и имеющей ребра жесткости, отличаю щееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса растворения, боковые элементы мешалки выполнены винтовыми с углом подъема, не превышающим 30°, и расположены на коаксиальной оси вала поверхности вращения.

Ггпф

Ър

eesgen

. 3