Способ диспергирования рабочих агентов и устройство для его осуществления

 

Использование: производство кожевенно-обувной промышленности на основе мономеров эфирстирола, предназначенного для изготовления износостойких материалов для обуви и для транспортерных лент. Сущность изобретения: при выполнении технологического процесса обработки для получения микропористого материала с сохранением его износостойких свойств производят насыщение массы другими веществами, в частности нейтральным газом, CO₂, гелием и т. п. Для этого в поток агента в камере 1 через врезанные под углом к потоку перфорированные патрубки 2, 3 подают газ, патрубки выполнены из упруго-податливого материала, например тонкостенной латуни. Поток смеси сужают в сечении, затем расширяют и тормозят временно перед мембраной 4, имеющей много отверстий. Через центр мембраны, соединяясь с нею жестко, например, припоем, проходит струна 6, соединенная с излучателем колебаний и глухими концами патрубков 15. Струна оснащена иглами 11, позволяющими легко передавать в трех взаимно-перпендикулярных направлениях по рыскающим траекториям игл акустические колебания на поток массы, поддерживая дисперсность и равномерность распределения газа в массе вещества. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии насыщения объемов пластических материалов диспергированием и предназначено, в частности, для обработки материалов кожевенно-обувной промышленности на основе мономеров эфирстирола при формировании его дисперсной структуры.

Известно, что указанный материал обладает высокими характеристиками на истирание и износостойкостью, однако при образовании полимерэфирстирола его структура имеет высокую плотность, обладает значительным объемным весом и не обладает упруго-податливыми свойствами, так необходимыми в данной промышленности, а также для изготовления на его основе тpранспоpтеpных лент и покрытий. Для решения этой технической задачи известен способ введения в его расплав диспергатора при конвективном перемещении жидкого расплава [1] .

Однако, этот способ в технологическом процессе практически не используется ввиду быстрого остывания мономеров и слабой конвекции в его объеме, что требует значительных теплоэнергетических затрат.

Наиболее близким по технологии является способ диспергирования рабочих агентов, включающий непрерывную подачу рабочего агента, ввод в его массу диспергатора, уплотнение смеси путем сужения канала подачи с последующим расширением сечения транспортируемого продукта [2] .

Известно также устройство для диспергирования рабочих агентов, содержащее камеру с патрубками ввода газа и рабочего агента, вывода рабочего агента в технологический процесс [2] .

Данные способ и устройство также имеют существенные недостатки, заложенные в их указанной принципиальной технологической схеме и приводящие к получению материала с незначительной дисперсностью при существенных потерях диспергатора в этом процессе, что ухудшает качество продукта и изделий из него.

Целью изобретения является повышение дисперсности обрабатываемого продукта.

Это достигается тем, что в способе, включающем подачу агента и введение в него диспергирующего вещества с отводом смеси на технологический процесс, рабочий агент подают непрерывно и в его массу под углом по направлению движения непрерывно вводят диспергатор, эту смесь подвергают уплотнению сужением сечения подачи, а затем - расширению, после которого смесь временно тормозят и формируют отдельные струи с наложением акустических колебаний, после этого струи соединяют в общий поток, и на протяжении всего процесса смесь подвергают воздействию акустических колебаний и ионизации, а в качестве агента используют мономеры эфирстирола.

Для реализации способа устройство, содержащее камеру обработки с патрубками ввода и отвода рабочего агента, снабжено в сечении камеры перфорированной мембраной, защемленной по периферии в стенке камеры и соединенной жестко с проходящей сквозь ее среднее сечение струной, соединенной с одной стороны с излучателем колебаний, а с другой - с вершинами патрубков, врезанных в стенки камеры под острым углом в направлении продольной оси, при этом патрубки имеют глухие торцы, стенки их выполнены перфорированными, а струны оснащены иглами.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство с сечением по оси; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Устройство включает камеру 1 с патрубком 2 ввода агента и патрубками 3 вывода обработанного рабочего агента на технологический процесс. В сечении камера 1 снабжена перфорированной мембраной 4, защемленной периферийным участком 5 в стенке камеры (мембрана в сечении для наглядности показана в форме эллипса). Камера снабжена струной 6, проходящей сквозь центр мембраны 4 (между собой они соединены припоем). По одну сторону от припоя 7 струна своим концом закреплена на шарнире 8 и соединена с источником 9 акустических колебаний, а также с излучателем 10 ионов. Другим своим концом струна 6 с закрепленными на ней иглами 11, ориентированными по нормали к оси, соединена посредством спайки 12 несколькими своими отрезками 13 с глухими торцами 14 патрубков 15, размещенных в амортизирующих втулках 16, служащих упруго-податливыми амортизаторами и уплотнителями одновременно, при этом в полости камеры патрубки 15 ввода смеси выполнены перфорированными в виде трубок 17 для равномерного мелкодисперсного насыщения смеси.

Струна 6 с иглами 11 выполнена в виде коаксиального троса-кабеля: оболочка 18 из диэлектрика защищает металл 19 струны от прямого электрического контакта со смесью, поэтому заряды стекают только с игл 11.

Сечение камеры 1 выполнено неодинаковым и оригинальным: от патрубка 2 сечение сужается каналом 20, переходя в среднем сечении в узкую горловину 21, после которой канал резко расширяется в криволинейный раструб 22 перед мембраной 4, а далее стенки камеры выполнены в виде обратного конуса, причем угол α конусности выбран не случайно, а отработан экспериментами в пределах 4-7^о от мембраны к основанию.

Такое принципиальное выполнение устройства позволяет наиболее эффективно диспергировать пластический рабочий агент газовой и парогазовой фазами с временным переводом агента при диспергировании его в псевдоожиженное состояние, при котором насыщение достигает максимума.

Работа устройства раскрывается при изложении технологии осуществления способа, который начинают с подачи рабочего агента через вводной патрубок 2 в канал 20, в горловине 21 агент сжимают и вводят в него через трубки 17 газовые или парогазовые фазы; одновременно на диспергируемое вещество накладывают акустические колебания от струны 6, ее отрезков 13, причем колебания накладывают как на истекающий из патрубков газ за счет колебаний патрубков, так и на смешивающиеся компоненты в горловине 21; для более мелкого дробления пузырьков газа при этом сатурации смесь подвергают расширению, т. е. понижают в ней внутреннее давление при увеличении скорости ее продвижения - это создает дополнительные условия для увеличения дисперсности смеси.

Характеристики мелко- и тонкодисперсности смеси резко повышаются за счет временного торможения смеси у мембраны 4, при продавливании смеси через отверстия добиваются более эффективного перераспределения пузырьков газа в массе вещества, а наложением на мембрану акустических колебаний от струны 6 добиваются более прочной связи молекул вещества с микропузырьками газа, для повышения дисперсности смеси ее постоянно расширяют в конусе по направлению к патрубкам 3, одновременно воздействуя колебаниями и вводимыми ионами с игл 11, причем при отрицательном заряде массы в нее подают заряды со знаком "+", что существенно улучшает взаимодействие молекул газа с отрицательно заряженными молекулами эфирстирола, подвергаемого обработке в этом процессе.

П р и м е р. Мономер эфирстирола подают на обработку. Скорость подачи выбирают из физико-механических свойств вещества в пределах 0,2-0,5 м/мин. При сжатии массы в горловине 21 из отверстий трубок 17 вводят 2-4 вес. ед. газа на каждые 100 вес. ед. мономера эфирстирола, при этом газ и вещество подвергают воздействию акустических колебаний в ультразвуковом диапазоне частот (25-30 кГц) для ведения процесса диспергирования на тонкодисперсном и молекулярном уровне, при этом интенсивность колебаний выбирают в пределах 5-25 дБ; после горловины 21 смесь расширяют по сечению в 1,4-2,0 раза, передают колебания от игл 11 с той же частотой и интенсивностью; скорость пpодвижения смеси в горловине равна 0,25-0,80 м/мин. Перед мембраной смесь тормозят и разделяют на отдельные струи сечением 0,5-3,0 мм, подвергая ее акустическим колебаниям; после мембраны смесь подвергают расширению в коническом канале, воздействуют на нее акустическими колебаниями и одновременно вводят ионы с зарядом, противоположным заряду молекул мономера эфирстирола, что подвергает ионизации газ и существенно, в 5-8 раз, повышает степень насыщения вещества тонкодисперсными газовыми включениями, а в качестве газа используют нейтральный газ типа СО₂ в количестве 2-4 вес. ед. от веса исходного мономера в данном процессе его диспергирования.

Полученная после такой обработки смесь пластического вещества с газом не расслаивается, так как не происходит коагуляции микропузырьков газа между собой и процесса выдавливания микропузырьков газа из объема вещества, что показывает высокие технологические преимущества для реализации процесса диспергирования рабочих пластических агентов. (56) Г. С. Голицын. Измерение скорости конвекции вязкой жидкости. Изв. АН СССР, ФАО, 1979, т. 15, N 3, с. 330-333.

Авторское свидетельство СССР N 1066630, кл. В 01 F 3/00, 1984.

Формула изобретения

1. Способ диспергирования рабочих агентов, включающий непрерывную подачу рабочего агента, ввод в его массу диспергатора, уплотнение смеси путем сужения канала подачи с последующим расширением, отличающийся тем, что, с целью повышения дисперсности, после расширения смесь тормозят и формируют отдельные струи, после чего отдельные струи объединяют в общий поток, при этом на протяжении всего процесса смесь подвергают воздействию акустических колебаний и ионизации, а в качестве агента используют мономеры эфирстирола.

2. Устройство для диспергирования рабочих агентов, содержащее камеру обработки с патрубками ввода газа и рабочего агента, вывода рабочего агента, отличающееся тем, что, с целью повышения дисперсности продукта, патрубки ввода газа в полости камеры выполнены в виде перфорированных трубок, размещенных под углом к оси камеры в направлении потока рабочего агента, устройство снабжено излучателями колебаний ионов, струной, соединенной одним концом с излучателем колебаний, а другим - с вершинами перфорированных трубок, перфорированной мембраной, прикрепленной по периферии к стенкам камеры, а в центре - к струне, при этом струна снабжена иглами, ориентированными поперек потока рабочего агента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2