Двухшнековый экструдер (варианты)

 

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. Двухшнековый экструдер содержит взаимозацепляющиеся вращающиеся шнеки, расположенные в рабочей камере, и матрицу. Рабочая камера включает загрузочное отверстие, зоны сжатия и гомогенизации, разделительные гребни и выходное отверстие. Выходное отверстие выполнено цилиндрическим, расположено в зонах гомогенизации и сжатия и соединено со сквозным каналом. В канале установлен с возможностью перемещения параллельно осям шнеков шток. Рабочий конец штока размещен в зоне гомогенизации под выходным отверстием. По первому варианту цилиндрическое выходное отверстие расположено на нижнем гребне при выполнении шнеков с возможностью вращения навстречу друг другу. По второму варианту канал с выходным отверстием и штоком расположен в верхнем и нижнем разделительных гребнях при выполнении шнеков с возможностью вращения в одном направлении. Изобретение позволяет стабилизировать давление в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса при экструзии различного исходного сырья. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию.

Известен двухшнековый экструдер, содержащий два шнека, смонтированных в корпусе с возможностью взаимозацепления и вращения в одном направлении для подачи исходного материала через первое и второе шнековые отверстия в корпусе, нагревания его, перемешивания и шприцевания, и устройство, регулирующее степень перемешивания [Авторское свидетельство СССР N 1741606, кл. В 29 С 47/40, 15.05.92, Бюл. N 22].

Недостатком такой конструкции является невозможность регулирования давления в предматричной зоне экструдера.

Наиболее близкой к предложенному является двухчервячная машина (экструдер) для переработки высоковязких полимеров, содержащая материальный цилиндр (рабочую камеру) с разделительными гребнями и загрузочным отверстием, расположенные в материальном цилиндре червяки (шнеки) и фильеру (матрицу), а также выполненный на нижнем разделительном гребне цилиндрический врез (выходное отверстие) [Авторское свидетельство СССР N 1608073, кл. В 29 С 47/40, 23.11.90, Бюл. N 43].

Недостатком данного устройства является невозможность "автоматического" регулирования величины давления (регулирование зазора между запорными шайбами и торцами шнеков производится регулировочными винтами вручную), что приводит к нестабильности процесса экструзии, и в свою очередь ведет к ухудшению качества получаемого продукта. Кроме того, известная установка является узкоспециализированной, предназначенной только для переработки высоковязких полимеров, что ограничивает область ее применения.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет отвода части продукта из предматричной зоны и направления ее в рабочую камеру.

Поставленная задача достигается тем, что в двухшнековом экструдере, содержащем взаимозацепляющиеся вращающиеся шнеки, расположенные в рабочей камере, включающей загрузочное отверстие, зоны сжатия и гомогенизации, разделительные гребни, выходное отверстие и матрицу, по первому варианту новым является то, что выходное отверстие выполнено цилиндрическим, расположено в зонах гомогенизации и сжатия и соединено со сквозным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения параллельно осям шнеков шток, рабочий конец которого размещен в зоне гомогенизации под выходным отверстием, причем цилиндрическое выходное отверстие расположено на нижнем гребне при выполнении шнеков с возможностью вращения навстречу друг другу.

В двухшнековом экструдере, содержащем взаимозацепляющиеся вращающиеся шнеки, расположенные в рабочей камере, включающей загрузочное отверстие, зоны сжатия и гомогенизации, разделительные гребни, выходное отверстие, и матрицу, по второму варианту новым является то, что выходное отверстие выполнено цилиндрическим, расположено в зонах гомогенизации и сжатия и соединено со сквозным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения параллельно осям шнеков шток, рабочий конец которого размещен в зоне гомогенизации, причем канал с выходным отверстием и штоком расположен в верхнем и нижнем разделительных гребнях при выполнении шнеков с возможностью вращения в одном направлении.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (пульсации производительности и давления, например, при наличии недостаточной однородности состава смеси) или изменении режима работы, при смене рецептуры смеси, требуется изменение количества отводимой части продукта из предматричной зоны.

В этом случае в предлагаемом устройстве предусматривается "автоматическое" регулирование проходного сечения выходного отверстия сквозного канала за счет пульсаций давления в предматричной зоне экструдера.

На фиг. 1 изображена рабочая камера предлагаемого двухшнекового экструдера при вращении шнеков навстречу друг другу; на фиг. 2 - продольный разрез А-А рабочей камеры по разделительным гребням на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б рабочей камеры на фиг. 2 при вращении шнеков навстречу друг другу; на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б рабочей камеры на фиг. 2 при вращении шнеков в одинаковом направлении.

Двухшнековый экструдер (фиг. 1) содержит взаимозацепляющиеся, установленные с возможностью вращения навстречу друг другу шнеки 1, находящиеся в корпусе 2, включающем также образующиеся по ходу движения продукта последовательно расположенные зоны загрузки, смешивания, сжатия, гомогенизации и дозирования, загрузочное отверстие (не показано), разделительные гребни 3 и выполненный в нижнем разделительном гребне цилиндрический канал 4 с выходным отверстием 5. В канале находиться шток 6, имеющий возможность осевого перемещения в пределах выходного отверстия 5, контактирующий со стороны загрузочного отверстия корпуса с пружиной 7, сжатие которой регулируется с помощью механизма регулирования 8. Расположение канала 4 в нижней части корпуса обусловлено неравномерным распределением давления продута у верхнего и нижнего разделительных гребней в поперечном сечении рабочей камеры, так как при вращении шнеков 1 навстречу друг другу возникают локальные минимум и максимум давления расплава экструдата у противоположных разделительных гребней.

Таким образом, отбор продукта, в соответствии с целями изобретения, целесообразно производить из зоны с максимальным давлением, то есть у нижнего гребня 3. В случае установки шнеков 1 с возможностью вращения в одну сторону наблюдается равномерное распределение давления продукта в поперечном сечении корпуса экструдера, и, следовательно, цилиндрический канал 4 с выходным отверстием 5 и штоком 6 изготавливается в верхнем и нижнем разделительных гребнях 3 (фиг. 4). Такое расположение каналов 4 обеспечивает более быстрое и точное регулирование величины давления в предматричной зоне за счет увеличения количества отбираемого из предматричной зоны расплава экструдата. К выходному отверстию рабочей камеры крепиться матрица (не показана).

Предлагаемый экструдер работает следующим образом.

Исходный продукт загружается в рабочую камеру экструдера через загрузочное отверстие и перемещается последовательно с помощью вращающихся шнеков 1, приводимых в движение посредством привода (не показан), через зоны загрузки, смешивания, сжатия, гомогенизации и дозирования. Далее он попадает в предматричную зону и продавливается через матрицу. Часть продукта попадает в цилиндрический канал 4 и под действием разности давлений в предматричной зоне и зоне гомогенизации начинает циркулировать через выходное отверстие 5, ограниченное рабочим концом штока 6. Причем величина проходного сечения выходного отверстия устанавливается "автоматически" в зависимости от свойств продукта и развиваемого экструдером давления. Так, в случае повышения давления продукта сила, действующая на шток 6, превысит силу, с которой пружина 7 удерживает его в положении равновесия, и шток начнет перемещаться в направлении зоны загрузки продукта, тем самым увеличивается проходное сечение выходного отверстия, что интенсифицирует отвод продукта из предматричной зоны, а следовательно, обеспечивает снижение давления. Это приводит к уменьшению нагрузки от действующих на шток сил со стороны продукта, и он под действием увеличившихся сил сжатия пружины 7 перемещается в обратном направлении. При достижении баланса силы сжатия пружины и величины давления продукта шток займет новое равновесное положение, соответствующее оптимальному режиму экструдирования пищевого сырья. В крайнем положении шток располагается так, что выходное отверстие имеет минимальное проходное сечение для поддержания постоянной циркуляции продукта с целью устранения запекания его в канале 4. В случае установки шнеков 1 с возможностью вращения в одну сторону отвод расплава экструдата происходит через каналы 4, выполненные в верхнем и нижнем разделительных гребнях 3.

Пределы регулирования, форма, размеры сквозного канала и расположение выходного отверстия определяются геометрическими размерами рабочей камеры и реологическими свойствами перерабатываемого сырья.

Пружина 7 отрегулирована на определенное усилие отжатия, при превышении которого она сжимается. Конструкция узла регулирования сжатия пружины 8 предусматривает возможность настройки срабатывания механизма стабилизации давления на различные значения давления в предматричной зоне при изменении режима работы экструдера или смене состава исходной смеси.

Шток может быть выполнен с возможностью вращательно-поступательного движения в системе винт-гайка. В качестве привода также могут быть использованы электрические, гидравлические и пневматические устройства.

Таким образом, использование изобретения позволит: - оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет "автоматического" регулирования количества отводимого продукта; - расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления; - получать экструдаты высокого качества благодаря решению проблемы стабилизации давления и производительности.

Формула изобретения

1. Двухшнековый экструдер, содержащий взаимозацепляющиеся вращающиеся шнеки, расположенные в рабочей камере, включающей загрузочное отверстие, зоны сжатия и гомогенизации, разделительные гребни, выходное отверстие, и матрицу, отличающийся тем, что выходное отверстие выполнено цилиндрическим, расположено в зонах гомогенизации и сжатия и соединено со сквозным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения параллельно осям шнеков шток, рабочий конец которого размещен в зоне гомогенизации под выходным отверстием, причем цилиндрическое выходное отверстие расположено на нижнем гребне при выполнении шнеков с возможностью вращения навстречу друг другу.

2. Двухшнековый экструдер, содержащий взаимозацепляющиеся вращающиеся шнеки, расположенные в рабочей камере, включающей загрузочное отверстие, зоны сжатия и гомогенизации, разделительные гребни, выходное отверстие, и матрицу, отличающийся тем, что выходное отверстие выполнено цилиндрическим, расположено в зонах гомогенизации и сжатия и соединено со сквозным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения параллельно осям шнеков шток, рабочий конец которого размещен в зоне гомогенизации, причем канал с выходным отверстием и штоком расположен в верхнем и нижнем разделительных гребнях при выполнении шнеков с возможностью вращения в одном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4