Устройство для получения порошка из полимерного материала
Владельцы патента RU 2329893:
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) (RU)
Изобретение относится к области измельчения материалов, а именно к устройствам для получения дисперсного полимерного материала, и может быть использовано для измельчения природных и синтетических полимерных материалов. Устройство для получения порошка из полимерного материала включает камеру уплотнения и камеру измельчения в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями. Внутри камеры уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности. Глубина канавок выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию. Корпус камеры уплотнения установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения и герметично соединен через свое выгрузное отверстие с ее входным отверстием, расположенным в средней части камеры измельчения. В камере измельчения установлены два мелющих ротора, выполненных с возможностью продвижения измельчаемого полимерного материала от входного отверстия камеры измельчения к ее выгрузным патрубкам. Патрубки расположены на противоположных концах камеры измельчения. Между мелющими роторами соосно расположены уплотняющие шнеки со спиральными канавками на их поверхностях. Камера измельчения оснащена средствами охлаждения. Результатом изобретения является повышение производительности процесса получения порошка из полимерного материала и снижение энергозатрат на единицу продукции при сохранении высокого качества измельчения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.
Изобретение относится к области измельчения материалов, а именно к устройствам для получения дисперсного полимерного материала, и может быть использовано для измельчения природных и синтетических полимерных материалов.
Известно устройство для получения порошка из полимерного материала, которое содержит корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками. Внутри корпуса размещен ротор в виде тела вращения с кольцевым зазором к внутренней поверхности. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора, при этом загрузочный патрубок герметично соединен с корпусом с образованием между торцом ротора и корпуса радиально-кольцевой щели, сообщающейся с кольцевым зазором, а корпус в зоне радиально-кольцевой щели снабжен нагревательным элементом (авт. свид. СССР №1120587, кл. В29В 13/10, от 17.02.83, опубл. 15.11.93).
Однако в силу конструктивных особенностей данное устройство характеризуется недостаточно высокой производительностью.
По технической сущности наиболее близким является устройство для получения порошка из полимерного материала, содержащее камеры уплотнения и измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями. Камера уплотнения расположена перед камерой измельчения и соосно с ней, в ней установлен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию. В камере измельчения размещен ротор, выполненный в виде тела вращения и установленный с образованием кольцевого зазора относительно внутренней поверхности корпуса и, как указано выше, на одной оси с уплотняющим шнеком. Устройство снабжено средствами охлаждения ротора и/или корпуса в зоне измельчения (патент РФ №2057013, кл. В29В 17/00, от 02.02.94, опубл. 27.03.96).
Указанное устройство обеспечивает получение порошка из полимерных материалов. Однако данное устройство имеет недостаточно высокую производительность.
Задачей изобретения является разработка такого устройства для получения порошка из полимерного материала, которое обеспечит повышение производительности процесса и снижение энергозатрат на единицу продукции при сохранении высокого качества измельчения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для получения порошка из полимерного материала, включающем камеру уплотнения и камеру измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями, внутри камеры уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию, а камера измельчения оснащена средствами охлаждения, согласно изобретению корпус камеры уплотнения установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения и герметично соединен через свое выгрузное отверстие с ее входным отверстием, расположенным в средней части камеры измельчения, и в камере измельчения установлено на одном валу два мелющих ротора, выполненных с возможностью продвижения измельчаемого полимерного материала от входного отверстия камеры измельчения к ее выгрузным патрубкам, расположенным на противоположных концах камеры измельчения, а между мелющими роторами соосно с ними расположены уплотняющие шнеки со спиральными канавками на их поверхностях, причем спиральные канавки уплотняющих шнеков имеют противоположное направление относительно друг друга.
Внутренняя поверхность камеры уплотнения и/или камеры измельчения в предлагаемом устройстве может быть выполнена с выпуклостями и/или впадинами в виде продольных канавок или ребер.
Корпус камеры уплотнения может быть снабжен нагревательным элементом.
Средства охлаждения камеры измельчения могут размещаться внутри каждого мелющего ротора и/или вокруг них в корпусе камеры.
На поверхностях мелющих роторов могут быть выполнены спиральные канавки с треугольным, или прямоугольным, или трапециевидным, или закругленным профилем, нарезанные от начала роторов к выгрузным патрубкам камеры измельчения в противоположных направлениях, а их глубина может быть постоянной или увеличивающейся к выгрузным патрубкам.
На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства (вид сверху).
На фиг.2 представлен продольный разрез камеры измельчения (вид спереди).
Предлагаемое устройство для получения порошка из полимерного материала (фиг.1, 2) содержит корпус камеры уплотнения 1 с загрузочным патрубком 2 и нагревательным элементом 3, внутри которого расположен уплотняющий шнек 4 с приводом 5. На боковой поверхности уплотняющего шнека нанесены спиральные канавки с уменьшающейся в направлении выгрузного отверстия 9 глубиной, которые выполнены таким образом, чтобы обеспечивать подачу материала от загрузочного патрубка 2 к мелющим роторам 6, 7. Корпус камеры уплотнения 1 установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения 8 и через выгрузное отверстие 9 жестко и герметично соединен с входным отверстием 10 корпуса камеры измельчения, расположенным в ее средней части, с помощью фланцевого соединения. Внутри камеры измельчения расположены два мелющих ротора 6, 7, вращающихся от привода 11. Они установлены с образованием кольцевого зазора 12 к внутренней поверхности корпуса камеры измельчения 8. Между мелющими роторами выполнены уплотняющие шнеки 13, причем шнеки каждого ротора имеют противоположное направление спиральных канавок, обеспечивающих подачу материала от входного отверстия 10 к мелющим роторам. Мелющие роторы 6, 7 и уплотняющие шнеки 13 жестко закреплены на одном валу с приводом 11. На концах корпуса камеры измельчения расположены два выгрузных патрубка 14, 15. На боковой поверхности мелющих роторов выполнены спиральные канавки с прямоугольным профилем, нарезанные от начала ротора к его концу в противоположных направлениях для обеспечения продвижения измельчаемого материала от входного отверстия 10 к выгрузным патрубкам 14, 15. Охлаждение мелющих роторов 6, 7 осуществляется за счет циркуляции жидкого хладагента по каналам 16, выполненным внутри каждого ротора и вала и подсоединенным к узлу 17 для ввода и вывода жидкого хладагента. Корпус 8 камеры измельчения также снабжен средствами охлаждения, выполненными в виде четырех проточных кольцевых камер 18 со штуцерами 19 для подачи и вывода охлаждающей жидкости.
Устройство работает следующим образом.
Полимерный материал в виде гранул или кусков с размером до 10 мм равномерно засыпают в загрузочный патрубок 2 корпуса камеры уплотнения 1, снабженного устройством для нагрева 3. При этом привод 5 обеспечивает вращение уплотняющего шнека 4 с постоянной скоростью. Засыпанный в загрузочное отверстие 2 полимерный материал попадает в камеру уплотнения, захватывается спиральными канавками уплотняющего шнека 4, нагревается и, подвергаясь постепенному уплотнению, транспортируется в камеру измельчения 8, снабженную средствами охлаждения. Разогретый полимерный материал под высоким давлением попадает через входное отверстие 10 в центральную часть камеры измельчения и равномерно распределяется уплотняющими шнеками 13 камеры измельчения в кольцевом зазоре 12 камеры измельчения. За счет вращения мелющих роторов 6, 7 предварительно сжатый материал при охлаждении подвергается сдвиговой деформации. В результате в кольцевом зазоре 12 происходит множественное растрескивание полимерного материала, его разрушение и превращение в высокодисперсный порошок, который одновременно высыпается через два выгрузных патрубка 14, 15 камеры измельчения.
Лимитирующей стадией по производительности процесса измельчения полимерных материалов в устройствах для получения порошка является стадия прохождения полимерной массы через кольцевой зазор в камере измельчения, толщина которого составляет 1-3 мм. Поэтому за счет направления полимерной массы уплотнительными шнеками в предлагаемом устройстве двумя противоположными потоками в кольцевой зазор камеры измельчения заметно увеличивается производительность устройства в сравнении с устройством по прототипу.
Пример 1. В загрузочный патрубок камеры уплотнения устройства, изображенного на фиг.1 (диаметр уплотняющих шнеков и мелющих роторов - 32 мм), подают гранулы полиэтилена низкой плотности до заполнения камеры уплотнения. Вращение шнека и ротора осуществляется с частотой 36 об/мин. В камере уплотнения поддерживается температура 110-115°С, а в камере измельчения 60-70°С. В результате измельчения получают высокодисперсный порошок.
Примеры 2-5. Процесс проводят аналогично примеру 1.
Данные сравнительных испытаний предлагаемого устройства для получения полимерного дисперсного материала с устройством по прототипу (диаметр уплотняющего шнека и ротора 32 мм) в идентичных условиях представлены в таблице.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность устройства для получения порошка из полимерного материала по сравнению с прототипом в 1,8-1,9 раз без ухудшения качества получаемого порошка по показателю дисперсности и значительно снизить энергозатраты на единицу продукции.
| Пример | Материал | Средний размер частиц порошка, мкм | Производительность, г/час | ||
| По изобретению | По прототипу | По изобретению | По прототипу | ||
| 1 | Полиэтилен низкой плотности | 30 | 30 | 266 | 144 |
| 2 | Полипропилен | 205 | 200 | 332 | 186 |
| 3 | Резина | 285 | 285 | 898 | 482 |
| 4 | ПВХ - пластикат | 255 | 255 | 610 | 326 |
| 5 | ПВХ - искожа | 465 | 460 | 518 | 278 |
1. Устройство для получения порошка из полимерного материала, включающее камеру уплотнения и камеру измельчения, выполненные в виде цилиндрических корпусов с загрузочными и выгрузными отверстиями, при этом внутри камеры уплотнения расположен уплотняющий шнек со спиральными канавками на поверхности, глубина которых выполнена постепенно уменьшающейся к выгрузному отверстию, а камера измельчения оснащена средствами охлаждения, отличающееся тем, что корпус камеры уплотнения установлен перпендикулярно к корпусу камеры измельчения и герметично соединен через свое выгрузное отверстие с ее входным отверстием, расположенным в средней части камеры измельчения, и в камере измельчения установлено на одном валу два мелющих ротора, выполненных с возможностью продвижения измельчаемого полимерного материала от входного отверстия камеры измельчения к ее выгрузным патрубкам, расположенным на противоположных концах камеры измельчения, а между мелющими роторами соосно с ними расположены уплотняющие шнеки со спиральными канавками на их поверхностях, причем спиральные канавки уплотняющих шнеков имеют противоположное направление относительно друг друга.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность камеры уплотнения и/или камеры измельчения выполнена с выпуклостями и/или впадинами в виде продольных канавок или ребер.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус камеры уплотнения снабжен нагревательным элементом.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средства охлаждения камеры измельчения размещены внутри каждого мелющего ротора и/или вокруг них в корпусе камеры.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхностях мелющих роторов выполнены спиральные канавки с треугольным или прямоугольным, или трапециевидным, или закругленным профилем, нарезанные от начала роторов к выгрузным патрубкам камеры измельчения в противоположных направлениях.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что глубина спиральных канавок на поверхностях мелющих роторов постоянна или увеличивается к выгрузным патрубкам камеры измельчения.
