Устройство для гранулирования вязких материалов

 

Изобретение относится к оборудованию для грануляции высоковязких материалов, в частности смол, полимеров и т.д., применяемому в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство содержит горизонтально размещенные внутренний цилиндрический элемент, закрепленный на приводном валу, внешнюю оболочку, узел подвода гранулируемого материала и механизм выгрузки готового продукта. Внутренний цилиндрический элемент выполнен с продольными пазами, в которых свободно установлены пластины. Внешняя оболочка смещена по вертикальной и горизонтальной осям относительно оси симметрии внутреннего цилиндрического элемента с образованием клинового зазора. На внешней цилиндрической оболочке в зоне образования клинового зазора выполнены радиальные отверстия. Внешняя оболочка выполнена в виде двух сопрягаемых полуоболочек различного радиуса, причем радиус оболочки с радиальными отверстиями имеет меньшую величину. Устройство снабжено узлом охлаждения продукта гранулирования, выполненным в виде герметичной емкости с выдвижным лотком, размещенной ниже внешней оболочки, а также системой циркуляции промывочной жидкости. Изобретение позволяет снизить энергозатраты, повысить надежность работы и безопасность эксплуатации устройства при гранулировании токсичных, взрыво- и пожароопасных компонентов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оборудованию для грануляции (дозирования) высоковязких материалов (смол, полимеров и др.), применяемому в химической, пищевой и др. отраслях промышленности.

Известны устройства для грануляции плавов, выполненные в виде вертикальных башен (Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л., Химия, 1974, с.225 и 249). Плав подается насосом в верхнюю часть башни, поступает во вращающуюся с определенной угловой скоростью корзину, на боковой стенке которой выполнены радиальные отверстия, и под действием центробежных сил выдавливается в полость башни. Капли плава под действием силы тяжести опускаются вниз и охлаждаются встречным потоком воздуха, превращаясь в твердые гранулы.

К недостаткам подобного типа устройств следует отнести их повышенные габариты за счет высоты, необходимой для охлаждения и затвердения капель плава, а также существенные сложности создания центробежной силы определенной величины, необходимой для выдавливания через отверстия высоковязкого материала.

Наиболее близким заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для гранулирования вязких материалов (патент РФ №2041068, 1992 г., кл. В 29 В 9/10), содержащее горизонтально размещенные внутренний цилиндрический элемент, внешнюю обогреваемую оболочку с радиальными отверстиями, узел подвода гранулируемого материала и механизм выгрузки готового продукта.

В этой конструкции внешняя оболочка вращается, а коаксиально размещенный в ней цилиндрический элемент неподвижен. Дозируемый материал под давлением поступает во внутреннюю полость цилиндрического элемента и через радиальное отверстие - в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью внешней оболочки и внешней поверхностью внутреннего цилиндрического элемента, и далее через радиальные отверстия внешней оболочки - на подвижную ленту транспортера, где дозированные гранулы охлаждаются и затвердевают.

В этой известной конструкции охлаждение гранул на ленточном транспортере требует значительного времени, что отражается на габаритах самого транспортера. Кроме того, для работы транспортера необходим отдельный привод. Следует отметить, что некоторые продукты при гранулировании, например смолы, для сохранения исходной структуры требуют быстрого охлаждения гранул.

Для продавливания дозируемого материала через все каналы установки необходим высоконапорный насос.

Охлаждение гранулированного продукта на открытом воздухе неприемлемо для материалов, содержащих токсичные или взрыво- и пожароопасные компоненты, исходя из безопасности эксплуатации установки и защиты окружающей среды от вредных выбросов.

В данной конструкции отсутствует возможность промывки отложений дозируемого материала в каналах его подачи без разборки устройства, которая неизбежна при работе с высоковязкими материалами.

Основные недостатки конструкции: повышенные энергетические и материальные затраты; большие производственные площади, занимаемые устройством; пониженная надежность работы устройства из-за его сложности; повышенные эксплуатационные расходы при работе с высоковязкими материалами; снижение безопасности эксплуатации устройства при наличии в продуктах гранулирования токсичных, взрыво- и пожароопасных компонентов, а также возможность загрязнения окружающей среды вредными выбросами.

Задача изобретения - снижение энергозатрат на гранулирование вязких материалов; уменьшение производственных площадей, занимаемых устройством; повышение надежности его работы; повышение безопасности эксплуатации устройства при гранулировании токсичных, взрыво- и пожароопасных компонентов. Это достигается тем, что в устройстве для гранулирования вязких материалов, содержащем горизонтально размещенные внутренний цилиндрический элемент, внешнюю обогреваемую оболочку с радиальными отверстиями, узел подвода гранулируемого материала и механизм выгрузки готового продукта, согласно изобретению внутренний цилиндрический элемент снабжен приводным валом, ось симметрии которого смещена по вертикальной и горизонтальной осям относительно оси симметрии внешней обогреваемой оболочки, образуя клиновой зазор между внешней поверхностью внутреннего цилиндрического элемента и внутренней поверхностью внешней обогреваемой оболочки, при этом радиальные отверстия выполнены на внешней оболочке в зоне клинового зазора в нижней его части. В этом техническом решении при вращении внутреннего цилиндрического элемента обеспечивается поступление гранулируемого материала в гранулятор, создание требуемого для гранулирования материала давления и проведение процесса грануляции.

Целесообразно узел обогрева внешней цилиндрической оболочки выполнить в виде рубашки, в которую подается теплоноситель, размещенной на внешней поверхности подогреваемой оболочки, лишенной радиальных отверстий.

Это решение позволяет интенсифицировать процесс подогрева гранулируемого материала, не влияя на производительность гранулятора.

Целесообразно устройство снабдить узлом охлаждения продукта гранулирования, выполненным в виде герметичной емкости, размещенной ниже обогреваемой оболочки и снабженной выдвижным лотком, а также системой циркуляции промывочной жидкости, включающей циркуляционный насос и трубопроводы, связывающие циркуляционный насос с узлом подвода гранулируемого материала и выдвижным лотком, причем участок трубопровода, соединяющий циркуляционный насос и выдвижной лоток, целесообразно выполнить в виде гибкого шланга.

Такое конструктивное решение исключает выбросы токсичных и взрыво-пожароопасных компонентов продуктов гранулирования и обеспечивает возможность промывки системы от отложившихся продуктов гранулирования без разборки самой системы.

Целесообразно механизм выгрузки готового продукта гранулирования выполнить в виде цепного элеватора, связанного с приводным валом внутреннего цилиндрического элемента.

В этом случае исключается необходимость в специальном приводе для выгрузки готового продукта и существенно сокращается рабочая площадь, занимаемая устройством.

Целесообразно внешнюю обогреваемую оболочку выполнить в виде двух сопрягаемых полуоболочек различного радиуса, причем радиус полуоболочки с радиальными отверстиями, образующей клиновой зазор между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью внутреннего цилиндрического элемента, имеет меньшую величину, чем радиус сопрягаемой с ней второй полуоболочки.

При таком выполнении внешней оболочки снижается расход энергии на гранулирование продукта, причем чем больше разность между значениями радиусов, тем меньше расход энергии.

Целесообразно также на цилиндрической поверхности горизонтально размещенного внутреннего цилиндрического элемента выполнить продольные пазы, в которые свободно установить пластины.

Это конструктивное решение позволит ограничивать длину получаемых гранул, причем чем большее количество будет пазов, тем короче будет гранула.

На фиг.1-5 представлена конструкция предлагаемого устройства.

На фиг.1 изображен общий вид (продольный разрез) устройства; на фиг.2 - разрез по А-А (положение выдвижного лотка при гранулировании материала); на фиг.3 - вид по Б-Б (узел выгрузки гранулированного материала); на фиг.4 - положение выдвижного лотка при промывке системы гранулирования растворителем; на фиг.5 - поперечное сечение внешней оболочки при выполнении ее сопряжением двух полуоболочек различного радиуса.

Устройство для грануляции высоковязких веществ содержит внешнюю обогреваемую оболочку 1. Во внешней оболочке 1 размещен цилиндрический элемент (ротор) 2, ось симметрии которого 3 смещена относительно оси симметрии 4 внешней оболочки 1 на величину h, образуя между внутренней поверхностью 5 внешней оболочки 1 и внешней поверхностью 6 ротора 2 клиновой зазор 7. В стенке внешней оболочки 1 в зоне образования клинового зазора 8 выполнены радиальные отверстия 9. Ротор 2 закреплен на приводном валу 10, который размещен на подшипниковых опорах 11 и 12. Приводной вал с помощью муфт 13 и 14 через редуктор 15 связан с электродвигателем 16.

На внешней поверхности 17 оболочки 1 на участке, лишенном радиальных отверстий 9, размещена рубашка 18, в которую подается теплоноситель, например пар, для обогрева гранулируемого материала.

Подшипниковые опоры 11 и 12 закреплены на крышке 19 узла охлаждения продукта гранулирования 20. Крышка 19 герметично связана кожухом 21 с нижним участком 22 внешней оболочки 1, на котором выполнены радиальные отверстия 9. В крышке 19 в зоне, ограниченной кожухом 21, выполнено отверстие 23 прямоугольной формы, площадь которого не меньше площади нижнего участка 22 внешней оболочки 1.

Узел охлаждения продукта гранулирования 20 выполнен в виде герметичной емкости прямоугольной формы, снабженной патрубками 24 и 25, соответственно для подвода и отвода охлаждающего агента (например, воды), вертикальными перегородками 26 и 27 и выдвижным лотком 28. Выдвижной лоток 28 снабжен патрубком 29 для соединения внутренней полости 30 выдвижного лотка с помощью гибкого шланга с циркуляционным насосом (не показаны).

В полости 31, образованной вертикальной перегородкой 27 и стенками емкости узла охлаждения 20, размещен механизм выгрузки готового продукта, который содержит тяговую цепь 32, на которой закреплены ковши 33, промежуточные звездочки 34 и 35 и ведомая 36, связанная приводной цепью 37 с закрепленной на валу 10 ведущей звездочкой 38.

Устройство работает следующим образом. Через узел подвода 39 гранулируемый материал подается в зазор, образованный внутренней поверхностью 5 внешней оболочки 1 и внешней поверхностью 6 ротора 2. При вращении ротора 2 гранулируемый материал затягивается в клиновой зазор 7. Вследствие уменьшения объема зоны клинового зазора 8 в нем увеличивается давление гранулируемого материала, под действием которого материал в виде отдельных фрагментов (гранул) выдавливается через радиальные отверстия 9 и через отверстие прямоугольной формы 23 поступает в узел охлаждения продукта гранулирования 20, в котором охлаждается хладагентом (водой), подаваемым через патрубок 24 и отводимым через патрубок 25. Охлажденные и затвердевшие гранулы осаждаются на дно 40, которое выполнено с наклоном в сторону вертикальной перегородки 27, и перемещаются в полость 31, из которой ковшами 33, закрепленными на тяговой цепи 32, в виде готового продукта выносятся из зоны охлаждения. На этом этапе работы выдвижной лоток 28 удален из полости узла охлаждения (см. фиг.2).

Для промывки внутренних полостей устройства от отложившихся продуктов грануляции выдвижной лоток 28 вводится в полость узла охлаждения 20 (см. фиг.4), через узел подвода 39 вводится растворитель, и при вращающемся роторе 2 с помощью циркуляционного насоса (не показан) растворитель многократно (до требуемой степени очистки) проходит всю систему грануляции.

Для обеспечения необходимой текучести гранулируемого материала, что особенно существенно при грануляции высоковязких смол, в рубашку 18 в процессе грануляции подается теплоноситель с требуемыми параметрами. Подогрев внешней оболочки 1 и ротора 2 также необходим перед пуском гранулятора во избежания затвердения гранулируемого продукта, которое может повлиять на его работоспособность.

Вся энергия, подводимая электродвигателем 16, в основном расходуется на преодоление сопротивления вязкостного трения между поверхностью вращающегося ротора и слоем гранулируемого материала. Чем тоньше этот слой, тем больше сопротивления трения. В предлагаемом устройстве (см. фиг.5) полезный слой - это зона образования клинового зазора 8, образованная внутренней поверхностью 5 внешней оболочки 1 и поверхностью ротора 2. За счет этого клинового зазора и создается требуемое для выдавливания гранулируемого материала через радиальные отверстия 9 давление. Потери на трение в остальной части зазора бесполезны и приводят только к снижению кпд устройства. Поэтому целесообразно внешнюю оболочку 1 выполнить в виде двух сопрягаемых полуоболочек 41 и 42. Полуоболочка 41, образующая клиновой зазор 7, на которой выполнены радиальные отверстия 9, имеет меньший радиус, чем сопрягаемая с ней полуоболочка 42.

Проведенные исследования показали, что если при одинаковом радиусе полуоболочек 41 и 42 потребляемую мощность принять за 1,0, то при отношении радиусов этих полуоболочек 0,725 потребляемая мощность составит 0,6, т.е. уменьшится на 40%.

При вращении ротора 2 пластины 43, размещенные в продольные пазы 44, под действием центробежной силы выдвигаются из пазов 44 и скользят по внутренней поверхности 5 внешней оболочки 1, прерывая струю, продавливаемого через радиальные отверстия 9 гранулируемого материала. Частота прерывания струи или длина выдавливаемой гранулы обратно пропорциональна числу выполненных на поверхности ротора 2 пазов 44.

Для исключения выхода из пазов 44 пластин 43 в зоне полуоболочки 42 полуоболочка 41 снабжена ограничителями 45, при этом радиус кривизны ограничителя 45 равен радиусу полуоболочки 41.

Формула изобретения

1. Устройство для гранулирования вязких материалов, содержащее горизонтально размещенные внутренний цилиндрический элемент, закрепленный на приводном валу, с продольными пазами со свободно установленными в них пластинами, внешнюю оболочку, смещенную по вертикальной и горизонтальной осям относительно оси симметрии внутреннего цилиндрического элемента с образованием клинового зазора, в зоне которого на внешней цилиндрической оболочке выполнены радиальные отверстия, узел подвода гранулируемого материала и механизм выгрузки готового продукта, отличающееся тем, что устройство снабжено узлом охлаждения продукта гранулирования, выполненным в виде герметичной емкости, размещенной ниже внешней оболочки и снабженной выдвижным лотком, при этом внешняя оболочка выполнена в виде двух сопрягаемых полуоболочек различного радиуса, причем радиус полуоболочки с радиальными отверстиями имеет меньшую величину.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено системой циркуляции промывочной жидкости, включающей циркуляционный насос и трубопроводы, связывающие циркуляционный насос с узлом подвода гранулируемого материала и выдвижным лотком, причем участок трубопровода, соединяющий циркуляционный насос и выдвижной лоток, выполнен в виде гибкого шланга.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что механизм выгрузки готового продукта выполнен в виде цепного элеватора, связанного с приводным валом внутреннего цилиндрического элемента.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5