Центробежный гранулятор высоковязких расплавов

 

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГРАНУЛЯТОР ВЫСОКОВЯЗКНХ РАСПЛАВОВ, содержащий neF форированный корпус, установленный на вертикальном полом валу и патрубок для подвода расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода товарной фракции и производительности, он снабжен источником газообразного теплоносителя, соединенным с полым валом и змеевиком , литки которого размещены на внешней боковой поверхности перфорированного корпуса между его отверстиями , соединенными с полым валом, при этом поверхность змеевика выполнена с отверстиями, оси которых расположены под углом не более 75 к осям отверстий в корпусе. V

: .,SU„„1044

СООЭ ООВЕТСНИХ

С 5 . РЕСПУБЛИК фдр В 01 J 2/02

1 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н liS TOPCNOMVC V

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21.) 3406174/23-26 (22) 10Л3.82 (46) 30.09.83.6юл. М 36 (72) В. Н.Сахаров, И.Н.Барышев и И.А.Егоров (71) Дзержинский филиал Научно-исследовательского и конструкторского института химического машинострое. ния (53) 66.099.2(088.8) (56) 1. Патент США и 3298058, кл. 425-8, 1962.

2. Патент Франции Ю 2251358, кл. В 01 J 2/04, 1.975. (54)(57) QEHTPOSEIHHA ГРАНУЛЯТОP BblСОКОВЯЗКИХ РАСПЛАВОВ, содержащий пер.. форированный корпус, установленный на вертикальном полом валу и патрубок для подвода расплава, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода товарной фракции и производительности, он снабжен источником газообразного теплоносител соединенным с полым валом и змеевиком, витки которого размещены на внешней боковой поверхности перфорированного корпуса иежду его отверстияии, соединенными с полым валом, при этом поверхность змеевика выполнена с отверстиями, оси .которых расположены под углои не более 75 к осяи отверстий в корпусе.

1044

Изобретение относится к устройствам для гранулирования расплавов и жидкостей повышенной вязкости и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях про- 5 мышленности.

Известен аппарат для образования капель из расплава, содержащий цилиндрическую емкость, в боковой стенке которой выполнены отверстия 10 для истечения расплава, приводное устройство для вращения емкости, средство для подачи расплава в емкость, вертикальные перегородки в Ъерхней части емкости, кольцевые горизонталь- 15 ные перегородки в верхней части емкости, кольцевые горизонтальные перегородки, выполненные за одно целое с боковой. стенкой емкости и расположенные на некотором расстоянии 2О одна от другой. При работе расплав, подаваемый во вращающуюся цилиндрическую емкость, с помощью вертикальных перегородок доводится до.угловой скорости емкости и затем, попадая в пространство между кольцевыми перегородками, через выходные отверстия в стенках емкости в виде струи истекает наружу, где распадается на отI дельные капли, которые при охлаждении образуют гранулы I,! ).

ЗО

Однако при работе,с легкокристаллизующимися расплавами отверстия емкости данного аппарата вследствие того, что последняя не обогревается забиваются затвердевшим продуктом, что приводит, к ухудшению качества продукта, снижению производительности и частым остановкам устройства * для очистки от затвердевшего продукта, Данное устройство непригодно 40 для гранулирования высоковязких расплавов, у которых раСпад струй при истечении из отверстий разбрызгивателя сопровождается значительным нитеобразованием. Примером таких расплавов являются расплавы инденкумароновых и стирольноинденовых смол, а также различных нефтеполимерных и синтетических продуктов (церезины

У полиэтилен и др, . 50.

При гранулировании некоторых расплавов часть продукта получается не в виде гранул, а в виде тонких нитей, которые, как правило, уно" сятся встречным потоком охлаждающего воздуха, что снижает производительность по готовому продукту.

Кроме того, часть готовых гранул

324 продукта имеет на выходе форму, отличающуюся от сферической (каплеоб-. разную).

Известно также устройство для разбрызгивания расплавленного материала, содержащее цилиндрический кор пус, в боковой стенке которого выполнены. отверстия для истечения расплава, укрепленный на вертикальном вращающемся валу, патрубок для подвода расплава и установленные в корпусе лопасти, укрепленные на валу охватывающем вал корпуса и связанном с отделеным приводом вращения.

При работе скорость вращения лопастей устанавливается в 1,5 раза превышающей скорость вращения корпуса. 3а счет этого давление расплава в корпусе возрастает настолько, что часть его струями выдавливается из отверстий. Разность между числами оборотов корпуса и лопастей зависит от вязкости расплавленного материала 23.

К недостаткам известного устройства относится то, что при диспергировании легкокристаллизующихся расплавов отверстия в стенке корпуса вследствие того, что последняя не обогревается, забиваются затвердевшим продуктом., что приводит к ухудшению качества продукта, снижению производительности и частым останов-, кам устройства для очистки от затвердевшего продукта. Кроме того,данное устройство также непригодно при гранулировании высоковязких расплавов, дробление струй которых при истечении из отверстий разбрыэгивателя сопровождается нитеобразованием, При этом разделение истекающих из выходных отверстий струй происходит не в виде экспоненциально усиливающихся волн, а в виде серии капель, соединенных нитями, которые утончаются в осевом направлении до момента разрыва, т.е. при разбрызгивании данных расплавов наблюдается значительное нитеобразование. Причем длина нитей достигает 20-30 см, толщина 0,080,2 мин. Тонкие нити, отламываясь от капель, уносятся иэ грануляционного аппарата, что снижает производительность по готовому гранулированному продукту. Большая часть гранул имеет форму, отличную от сфери/ ческой (каплеобразную ). Часть нитей!

044324

3 попадает в готовый продукт, что снижает его качество.

Цель изобретения - повышение выхода товарной фракции и производи.тельности, т.е. обеспечение более четкого разделения струи высоковязкого расплава на отдельные капли

„путем уменьшения количества образую" щихся нитей при гранулировании продуктов, склонных при разбрызгивании !0 к нитеобразояанию.

Указанная цель достигается тем, что центробежный .гранулятор высоковязких расплавов, содержащий перфорированный корпус, установленный на вертикальном полом валу, и патрубок для подвода расплава, снабжен ис- . точником газообразного теплоносителя, соединенным с полым валом и змеевиком, витки которого размещены на . внешней боковой поверхности перфорированного корпуса между его отверстиями, соединенными с полым валом„ при этом поверхность змеевика выполнена с отверстиями, оси которых расположены под углом не более 75 к.осям отверстий в корпусе.

Снабжение гранулятора змеевиком с отверстиями для подачи газообраз-. ного теплоносителя в окружающую корпус. зону, в которой происходит

39 дробление струй расплава, вытекающих из расположенных между витками змеевиками отверстий корпуса, обеспечивает создание в непосредственной близости от раэбрызгивателя нес- .З покойной газообразной зоны,.что в свою очередь обеспечивает разрыв нитей, соединяющих сообразующиесякапли расплава, в самом начале образования. этих нитей, одинаковое и.быстрое во всех струях деление их на капли и в конечном итоге получение на выходе гранул правильной сфе» рической формы и увеличение производительности по гранулированному 45 продукту.

Кроме того, угол между. осями отверстий в стенке корпуса и в змеевике составляет преимущественно не более 75 . При углах более 75о выходящие из отверстий змеевика струи газа, расширяясь, сильно отклоняют мелкие капли расплава вниз и они попадают на нижний виток змеевика, что нежелательно, так как нарушается гранулометрический состав готового продукта (увеличивается содержание крупной фракции).

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Центробежный гранулятор содержит. перфорированный цилиндрический корпус 1, закрепленный на нижнем конце полого вала 2. Полый вал 2 установлен в подшипниках 3 стойки 4, смонти= рованной на перекрытии 5 грануляционной башни. На верхнем конце полого вала 2 закреплен шкив 6, соединенный .. клиноременной передачей с приводом вращательного движения (не показано).

На внешней боковой поверхности цилиндрического корпуса 1 закреплен с помощью сварки змеевик 7,.выполненный из проката углового профиля. Один конец змеевика 7 заглушен, другой с помощью канала 8, имеющегося в днище 9 цилиндрического корпуса l coeре е с внутренней полостью 10 поло го вала 2. На верхнем конце hollolo вала 2 герметично установлена муфта

11 с входным штуцером !2, неподвижно укрепленная с помощью кронштейнов 13 на стойке 4. 8 боковой поверхности. цилиндрического корпуса 1 между витками змеевика 7 выполнены в один ряд выходйые отверстия 14 для расплава.

Над выходными отверстиями 14 в змеевике 7 выполнены выходные отверстия 15 для газообразного теплоносителя..Оси отверстий в боковой стенке корпуса образуют с осями отверстий в змеевике угол, не превышающий 75о.. . Для подвода расплава в корпус 1 в стойке 4 закреплен патрубок !6, заканчивающийся внизу цилиндрическим расширением 17.

Гранулятор работает следующим образом.

От привода, вращательное движение через клиноременную передачу (не показано ) передается шкиву 6, полому валу 2 и цилиндрическому корпусу 1.

Через патрубок 16, заканчивающийся вниду цилиндрическим расширением 17, в корпус 1 подается гранулируемый продукт. При вращении корпуса 1 в результате возникающей центробежной силы продукт вытекает через отверстия 14 в виде отдельных струй 18 которые распадаются на капли 19.

Проходя последовательно через входной штуцер 12 муфты ll, полость 10 вала и канал 8, газообразный теплоноситель, под давлением поступает в змеевик 7, имеющий температуру, близкую к температуре гранулируемого ма" териала. При этом температура стенок

1044

5 цилиндрического корпуса 1 поддерживается постоянной и достаточно вы- . сокой, чтобы предотвратить затверде". вание продукта в отверстиях 14 что значительно повышает надежность ра" боты устройства. Из змеевика 7 газообразный теплоноситель выходит через отверстия 15 в виде струй 20, пересекакяцихся со струями 18 распла-, ва, чтр способствует дроблению пос- 10 ледних на отдельные капли. При образовании из струй 18 .отдельные капли

19 связаны между собой тонкими нитями (перемычками ) 21. Выходящие под давлением из отверстий 15 струи 20 1s горячего газа разрывают эти нити (пе» .ремычки ) в самом начале их образования, когда нити имеют длину 1-3мм.

Так как разрыв нитей происходит при высокой температуре, небольшие по 20 величине концы нитей втягиваются в еще неэастывшую образующуюся каплю расплава; которая .по мере охлаждения превращается в гранулу правиль" ной сферической формы. При этом эас- 2 тывших нитей не образуется и унос нитей продукта встречным охлаждающим воздухом значительно снижается, что способствует. увеличению выхода продукта в виде гранул (производительности ).

Таким образом; предлагаемое уст- . ройство позволяет поддерживать .температуру с@енок корпуса близкой к температуре расплава, что предотвращает отвердевание гранулируемого продукта в выходных отверстиях кор324 пуса и увеличивает надежность рабо-. ты, облегчает разделение струй продукта яа отдельные капли, повышает производительность гранулятора в целом повышает качество гранулированного продукта за счет приближения формы гранул к сферической и снижает пыпеунос на. выходе.

Испытание предлагаемого устройства было проведено в лабораторных условиях на стенде с использованием расплава низкомолекулярного полиэтилена с молекулярным весом 15003300 к.е. (кислородных единиц ).

Гранулирование расплава производилось с помощью предлагаемого центробежного гранулятора (íî без подвода горячего воздуха в змеевик) и гранулятора-прототипа. Разбрызгивание расплава полиэтилена проводилось во встречном потоке охлаждающего воздуха, скорость которого составляла 0,3 м/с. Расплав на гранулирование поступал с определенной температурой иэ электроплавителя, в который загружался предварительно взвешенный на весах твердый продукт.

Готовый (гранулированный ) продукт на выходе собирался, его количество взвешивалось на весах. Затем определялся гранулометрический состав и форма гранул. Заданное количество гранул на выходе диаметром 0,2- 1,6 мм не менее 953.

Результаты испытаний представле ны в таблице.

1044324

Опыт

1500

1,2

1 р 2

32

57

«I I»

1,2

57

«11»

1,2.

1,2

57

1,2

« I I»

57

«11«

1,2

32

1,2

« l l»

57

« I I»

1,2

57

1,2

«11»

57

1,2

11»

57

«11

1,2

64

13,57

1,2

64

Число оборотов цилиндрической корзины,об/иин

11,прототип) 500

2 (без - 2000 подвода горячего газа) Число оборотов внутреннего устройст ва(лопаст-. ного эле- мента ), об/мин

Диаметр выходных от

Верстий ра плава в - стенке корзины мм

Количест" во вы ходных отверстий распл ва,шт

Наружный диаметр цилиндрической корзины, мм

Количество выходных отверстий воздуха в змеевике, мм

1044324

КолиРасход расплава, г/с

Температура расплава, ОС

Диаметр выход" ных отверстий

Йоздуха в змееви ке., мм

Опыт

1 (прототип) 6,77

150 7,3

150 6,6

6,06

2 (без подвода горячего газа) 1,25

150 - 91 80

150 480

150 480

8,43

3,15

1,25

8,85

150 9,2 4,0

1,25

8,90

150 480 150 9,1!

1,25

8., 86

150 480 150 9,0 1,4,60 !

1 25

1,25

8 97

150 480 150 9,1 1,4

9,06

1,25

150 480 150 9 2 1,5

8,06

130 480 150 8,2 1,6

1,.25

8 90

150 320 150 9,1 2,1

1,25

8,90

150 640 150, 9,0 1,2

1,25

150 91 14

8,,97

1,25.150; 800

150 960

150 9,1, 1,2

9,00

1,25

13

У гол нвклона цеей отверстий змеевика к осям выходных отверстий распла ва в корзине, град

Температура воз духа, пода ваемого в змее, с

Расходвозду ха в змеевик, л/мин

I чество нитей продукта по отноаени@ к полученному грацулированному продукту, й

Производительность по готовому гранулированномупродукту на выходе, . r/с

1044324

Опыты 3-13 представляют результаты испытаний предлагаемого устройства при различных расходах горячего воздуха в змеевик, углах наклона осей отверстий в змеевике к осям выходных отверстий расплава и температурах подаваемого в змеевик воздуха.

Числа оборотов цилиндрической корзины. и внутреннего устройства прототипа выбраны с учетом выполнения тре- l0 бований по гранулометрическому составу.

Количество нитей продукта определялось по результатам взвешивания про-. дукта, уловленного пылеулавливателем, 15, установленным на выходе воздуха из грануляционного аппарата.

Из табЛицы видно, что производительность по расплаву предлагаемого устройства с подводом в змеевик го- 20 рячего воздуха с температурой, равной температуре расплава в среднем равна 9,1 r/с. При снижении температуры воздуха, подаваемого в змеевик (опыт 9 ), и при отсутствии подачи 25 воздуха в змеевик наблюдается снижение производительности по расплаву, Это происходит. вследствие забив» ки застывшим расплавом части выходных отверстий цилиндрической корзины, что обусловлено интенсивной теплоотдачей за счет высоких скоростей вращения корзины.

Из таблицы видно, что при работе устройства-прототипа и предлагаемого З устройства без .подвода горячего воздуха (опыты 1 и 2 ) наблюдается эначительное нитеобразование. Тонкие нити уносятся охлаждающим воздухам на выход, что значительно снижает: производительность по готовому про" дукту (выход гранул ).

Наиболее эффективное снижение нитеобразования наблюдается при наклоне осей отверстий в змеевике к осям отверстий в корзине под уг." лом 45-75 о. При меньших углах наклона и указанных расходах горячего воздуха эффективность его воздействия на нитеобразование несколько снижается. При углах более 75+ наблюдается ухудшение гранулометрического состава готового продукта вследствие того, что некоторые капли расплава сильно отклоняются и попадают вновь на корзину или нижние витки змеевика (опыт 9 ). При увеличении количества отверстий в змеевике нитеобразование снижается (опыт 13).

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет значительно снизить нитеобразование (в

5 раэ ), что повышает выход готового продукта в среднем на 6,33 эа.счет уменьшения потерь. При этом производ)ятельность предлагаемого устройст ва выше производительности устройства-прототипа в среднем на 303.

Кроме того, при подаче в змеевик горячего воздуха улучшается качество готовых гранул в результате приближения их формы к сферической. Как видно из таблицы, расход горячего воздуха равный 480 л/мин является близким к оптимальному.

1044324

ВНИИПИ Заказ 7408/5 . Тираж 537 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Проектная,4