Аппарат для обработки полимерных материалов Советский патент 1992 года по МПК B29B7/10 B01F7/24 

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно к аппаратам для обработки полимерных материалов и может найти применение в процессах смещения растворов синтетических каучуков с ингредиентами нагрева, охлаждения растворов.

Известен аппарат для обработки полимерных материалов, содержащий цилиндрический корпус с рубашкой для теплоносителя и штуцерами для ввода и вывода перерабатываемого материала, и установленный концент- рично корпусу ротор с многозаходной, с углом подъема 15-90° винтовой канавкой углового профиля с усеченной вершиной, направленной к центру ротора, с одной из сторон профиля канавки, расположенной радиально.

Благодаря данному профилю винтовой канавки достигается контур циркуляции, близкий к оптимальному, обеспечивающий возможность обработки материалов в широком диапазоне вязкостей. Однако, в данном аппарате наблюдается недостаточная интенсивность смещения и теплообмена в случае перемешивания жидкостей с различными вязкостями.

Ближайшим по технической сущности к предлагаемому решению является аппарат для обработки полимерных материалов, содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода перерабатываемого

xi

ND О XI О

материала и концентрично смонтированный в корпусе ротор с многозаходной винтовой канавкой, имеющей угловой профиль в поперечном сечении с усеченной и направленной к центру ротора вершиной и с расположенной радиально одной из сторон профиля канавки, причем винтовая канавка по длине выполнена переменной ширины, определяемой по заданному соотношению.

Описанный аппарат позволяет интен- сифицировать процессы тепло- и массооб- мена в высоковязких полимерных растворах и расплавах. Однако он недостаточно эффективен при перемешивании высоковязких растворов с маловязкими жидкостями, например раствора полиизоп- рена в изопентане с вязкостью 100 пуаз с раствором антиоксидантов в толуоле с вязкостью несколько сантипауз.

Это можно объяснить тем, что при переменной ширине канавки нарушается конфи- гурация оптимального ее профиля и контура циркуляции жидкости в канавке, а также тем, что маловязкая жидкость образует ядро потока в центре сечения винтовой канавки, где скорость сдвига вследствие циркуляционного течения минимальна.

Цель изобретения - интенсификация перемешивания высоковязких полимерных материалов с маловязкими материалами.

Поставленная цель достигается тем, что в известном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с рубашкой для теплоносителя и со штуцерами для ввода и вывода перерабатываемого материала и установленный концентрично корпусу ротор с мно- гозаходной наклонной нарезкой, образующей винтовые канавки углового профиля с усеченной вершиной, направленной к центру ротора, с одной из сторон профиля каждой канавки, расположенной радиально, винтовые канавки и разделяющие их зубья по длине выполнены зигзагообразными, состоящими из участков длиной b (0,1-0,3) d, расположенными поочередно с углом подъема винтовой линии канавок

а а± (5-15)°,

где b - длина участка винтовой канавки, м;

d -диаметр ротора, м;

а- средний угол подъема винтовой линии канавки;

а - угол подъема участка винтовой канавки.

На фиг.1 изображен аппарат, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - узел I на фиг.1; на фиг.4 - развертка винтовой линии.

Аппарат для обработки полимерных материалов (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 с рубашкой 2 для теплоносителя, установленный концентрично корпусу 1 ротор 3, штуцеры 4-6 соответственно для подвода высоковязкого полимерного материала, маловязкого материала и вывода перерабатываемого материала.

Ротор 3 имеет многозаходную наклонную винтовую канавку 7 с углом а подъема винтовой линии в пределах 15-90°, например равным 75°. Винтовая канавка 7, ограниченная зубьями 8, выполнена с угловым профилем в поперечном сечении, имеющим направленную к центру ротора 3 усеченную вершину. Величина угла в вешине выбрана, например, равной 30°. Сторона профиля винтовой канавки 7 направлена радиально (фиг.2). Винтовая кянавка 7 и зуб между канавками выполненм зигзагообразными, состоящими из участи ов b длиной (0,1-0,3)d, (d -диаметр ротора), которые поочередно расположены с углом подъема а винтовой линии канавки а а ± (5-15)° (фиг.З и 4).

Аппарат работает следующим образом.

Вязкий полимерный материал через штуцер 4, а маловязкий материал - через штуцер 5 подаются в корпус 1, попадают в винтовые канавки 7 ротора 3, где происходит перемешивание и принудительная подача смеси к штуцеру 6 для вывода материала.

Благодаря предложенному выполнению винтовой канавки 7 полимерный материал, двигаясь вдоль канавки 7, многократно изменяет направление течения. При этом находящийся в центре винтовой канавки 7 маловязкий материал, двигаясь по инерции, попадает из центра канавки 7, где скорость сдвигового течения минимальна, в перефорийные области, где подхватывается циркуляционным течением Куэтта-Пуазейля и, под действием больших сдвиговых деформаций, интенсивно перемешивается с вязким полимерным материалом.

В таблице приведены результаты испытаний аппарата предложенной конструкции при перемешивании 10 мас.% раствора эпи- хлоргидринового каучука с 15 мас.% раствором агидола-антиоксиданта.

Из данных таблицы видно, что проведение процесса перемешивания заданных компонентов в предложенном аппарате при значениях длины зигзагообразных участков винтовой канавки 7 и углов подъема участков винтовой канавки 7, находящихся в предлагаемых пределах, приводит, по сравнению с прототипом, к снижению отклонения содержания антиоксидантов в смеси на выходе из аппарата от среднего значения примерно на 50%. Следовательно, выполнение винтовой канавки 7 ротора 3 аппарата зигзагообразной, состоящей из участков длиной b (0,1-0,3) d, расположенных поо- чередно с углом подъема винтовой линии канавки а ± (5-15)° обеспечивает повышение эффективности перемешивания высоковязкого раствора эпихлоргидринового каучука с мзловязким раствором антиокси- дантов по сравнению с прототипом в 2 раза. Проведение процесса перешивания раствора эпихлоргидринового каучука с раствором антиоксиданта в предложенном аппарате при выполнении длины зигзагооб- разных участков винтовой канавки 7 и углов подъема участков, выходящих за предлагаемые пределы показывает, что при этом отклонение содержания антиоксидантов в смеси от среднего значения не уменьшает- ся, следовательно увеличения эффективности перемешивания не происходит.

Таким образом, данное решение позволяет интенсивно перемешивать высоковязкие и маловязкие полимерные материалы

при снижении расхода, например, антиоксидантов в среднем на 1,9%,

Формула изобретения Аппарат для обработки полимерных материалов, содержащий цилиндрический корпус с рубашкой для теплоносителя и со штуцерами для ввода и вывода перерабатываемого материала и установленный кон- центрично корпусу ротор с многозаходной наклонной винтовой нарезкой, образующей канавки углового профиля в поперечном сечении с усеченной вершиной, направленной к центру ротора, и с одной из сторон профиля каждой канавки, расположенной ради- ально, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания высоковязких полимерных материалов с маловязкими материалами, винтовые канавки и разделяющие их зубья по длине выполнены зигзагообразными, состоящими из участков длиной b (0,1-0,3)d, где d - диаметр ротора, расположенными поочередно с углом подъема винтовой линии канавок

а а± (5-15)°,

а- средний угол подъема винтовой линии канавки.

8

А-А

Использование: интенсивное перемешивание высоковязких и маловязких полимерных материалов в химическом машиностроении. Процессы смешения растворов синтетических каучуков с ингредиентами, нагрев и охлаждение растворов Сущность изобретения: в корпусе аппарата, снабженном рубашкой для теплоносителя, установлен ротор. На роторе выполнены винтовые наклонные канавки. В поперечном сечении каждая канавка имеет угловой профиль с усеченной вершиной со стороны центра ротора и одной из сторон, расположенной радиально Канавки и разделяющие их зубья выполнены зигзагообразными, состоящими из участков длиной B(0,1-0,3)d, расположенными поочередно с углом подъема винтовой линии канавок а а ±(5-15°), где b - длина участка канавки, d - диаметр ротора, а. - средний угол подъема винтовой линии канавки 4 ил., 1 табл. СО С

Фиг Л

Д 5°-715°

Фие.З

Фиг. I

Фиг4