Гранулирующий шнековый пресс



Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс
Гранулирующий шнековый пресс

 


Владельцы патента RU 2600763:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" (RU)

Гранулирующий шнековый пресс относится к устройствам переработки методом проходного прессования высококонцентрированных полидисперсных композиций, в том числе трехфазных, с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью, и может быть использован в различных отраслях промышленности. Гранулирующий шнековый пресс включает корпус, шнек и многоканальный пресс-инструмент, на внутренней поверхности которого, обращенной к потоку массы и повторяющей форму хвостовика шнека, изготовлены формующие каналы с сужающимися заходными частями любой формы фигуры вращения соосно с цилиндрическими частями, под разными углами к центральной оси пресс-инструмента в направлении вращения шнека в плоскостях, касательных аксиальным сечениям пресс-инструмента в центрах формующих каналов. Углы наклона каналов увеличиваются по мере их удаления от центрального канала с нулевым углом наклона. Внешняя поверхность пресс-инструмента с выходными отверстиями каналов изготовлена в виде выпуклого сегмента сферы, углы наклона осей цилиндрических частей каналов отличаются от углов наклона осей сужающихся заходных частей каналов и вместе они увеличиваются по мере удаления каналов от центрального канала с нулевыми углами наклона обеих осей. Изобретение обеспечивает повышение качества изготовляемой продукции по гранулометрическому составу, плотности, механической прочности и пористости, увеличение средней производительность пресса на 2-6%, а также уменьшение на 1-3% потери массы и энергии за счет уменьшения количества вынужденных остановов пресса при потере устойчивости процесса формования. 10 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области переработки методом проходного прессования высококонцентрированных полидисперсных композиций, в том числе трехфазных, с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в химической (производство катализаторов, сорбентов и т.д.), пищевой (производство полупродуктов, сухих концентратов и т.д.), сельскохозяйственной (производство комбикормов, гранулированных удобрений, макрокапсулированных семян и т.д), деревоперерабатывающей, строительных материалов, машиностроения и других.

Известны гранулирующие шнековые прессы для переработки высококонцентрированных полидисперсных материалов методом проходного прессования, близкие к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату: SU 1726256 (кл. В28B 3/22, опубл. 15.04.92) (D1); RU 2198787 (кл. В29B 9/06, В28B 3/22, опубл. 20.02.2003) (D2).

Каждый из указанных прессов включает корпус, шнек и многоканальный пресс-инструмент. На внутренней обращенной к потоку массы поверхности пресс-инструмента указанных выше прессов (D1, D2) изготовлены формующие каналы с сужающимися заходными частями, пересечения которых исключают застойные "мертвые" зоны между каналами.

Недостатками вышеперечисленных гранулирующих шнековых прессов являются высокое давление формования за счет относительно высокого сопротивления потоку массы на входе в формующие каналы на периферии пресс-инструмента, уменьшение средней производительности прессов из-за их вынужденных остановов при потере устойчивости, значительный разброс показателей качества продукта по гранулометрическому составу, плотности, механической прочности и пористости из-за существенного различия скоростей истечения шнуров при выходе из многоканального пресс-инструмента в центре и на периферии.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является гранулирующий шнековый пресс для переработки методом проходного прессования высококонцентрированных полидисперсных композиций, в том числе трехфазных, с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью, выбранный в качестве прототипа: заявка RU 2012128540 (патент RU2510745 (кл. В29В 9/06, опубл. 10.04.2014)) (D3).

Гранулирующий шнековый пресс (D3) состоит из корпуса, шнека и многоканального пресс-инструмента, на внутренней поверхности которого, повторяющей форму хвостовика шнека, изготовлены формующие каналы с сужающимися заходными частями соосно с цилиндрическими частями, под различными углами к центральной оси пресс-инструмента в направлении вращения шнека в плоскостях, касательных аксиальным сечениям пресс-инструмента в центрах формующих каналов, при этом углы наклона каналов увеличиваются по мере их удаления от центрального канала с нулевым углом наклона.

Недостатки известного гранулирующего шнекового пресса (D3): разброс показателей качества продукта по гранулометрическому составу, плотности, механической прочности и пористости, высокое давление формования за счет относительно высоких потерь энергии потока на входе в формующие каналы преимущественно на периферии пресс-инструмента, значительные потери массы и энергии за счет вынужденных остановов пресса при потере устойчивости процесса формования и по этой причине средняя производительность пресса ниже номинальной.

Перечисленные недостатки являются следствием того, что в прототипе (D3) малы углы наклона периферийных формующих каналов, поскольку ограничены условием выхода каналов на внешнюю рабочую поверхность пресс-инструмента, имеющую форму круга. В результате наблюдаются значительные потери энергии на изменение направления потока в формующих каналах и, следовательно, высокое давление формования и малый запас устойчивости формования дисперсных композиций. Потеря устойчивости формования, часто называемая срывом массы с рифов (когезионный разрыв), приводит к вынужденному останову не только пресса, но всей технологической линии, а это не только потеря производительности технологической линии, но и прямые материальные и энергетические потери при очистке оборудования и последующем запуске технологической линии.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая конструкция гранулирующего шнекового пресса, является уменьшение разброса показателей качества продукта по гранулометрическому составу, плотности, механической прочности и пористости, уменьшение давления формования за счет уменьшения потерь энергии потока на входе в формующие каналы преимущественно на периферии пресс-инструмента, а также уменьшение потерь массы и энергии за счет уменьшения количества вынужденных остановов пресса при потере устойчивости процесса формования и увеличение по этой причине средней производительности пресса.

Указанный технический результат достигается изготовлением гранулирующего шнекового пресса, включающего корпус, шнек и многоканальный пресс-инструмент, на внутренней поверхности которого, обращенной к потоку массы и повторяющей форму хвостовика шнека, изготовлены формующие каналы с сужающимися заходными частями любой формы фигуры вращения, внешняя поверхность пресс-инструмент с выходными отверстиями каналов изготовлена в виде выпуклого сегмента сферы, углы наклона осей цилиндрических частей каналов отличаются от углов наклона осей сужающихся заходных частей каналов и вместе они увеличиваются по мере удаления каналов от центрального канала с нулевыми углами наклона обеих осей.

Гранулирующий шнековый пресс (фиг. 1) состоит из корпуса 1, шнека 2 и многоканального пресс-инструмента 3. Хвостовики шнека могут быть любой формы. Наиболее распространенные - сегмент сферы, конус, плоскость. Для формования высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью наиболее эффективен хвостовик шнека в виде сегмента сферы.

Пересечения сужающихся заходных частей каналов на внутренней вогнутой поверхности пресс-инструмента 3 полностью исключают "мертвые" зоны между каналами, образуя при этом поверхность в виде совокупности граничащих между собой ячеек с острыми вогнутыми кромками. Зазор между хвостовиком шнека 2 и пресс-инструментом 3 уменьшен до минимально допустимого и составляет с учетом возможной осевой осцилляции шнека не более 5 мм.

На фиг. 2а представлен вид многоканального пресс-инструмента 3 со стороны шнека и характерные сечения каналов с различными углами наклона осей цилиндрических и сужающихся заходных частей. На фиг. 2б-2д представлены схемы, часть методики [1, 2] и результаты расчета конструкции формующих каналов в виде таблиц 1 и 2 на примере пресс-инструмента с 7, 19 и 37 каналами диаметром 1,5 мм для гранулирующего пресса диаметром шнека 41 мм для формования высококонцентрированных растворов нитроцеллюлозы.

На фиг. 3 дано полное сечение А-А (фиг. 2а) девятнадцатиканального пресс-инструмента 3, на фиг. 4 сечение А-А дано в изометрии, на фиг. 5 представлены фотографии пресс-инструмента на зеркальной поверхности, где хорошо видны выходные отверстия каналов на внешней рабочей сферической поверхности пресс-инструмента.

Внешняя рабочая поверхность пресс-инструмента в отличие от прототипа (D3) имеет форму выпуклого сегмента сферы (фиг. 1-5). Изменение радиуса этого сегмента и сдвиг центра сферы по оси шнека позволяют изменять выпуклость внешней поверхности и, следовательно, толщину пресс-инструмента и таким образом регулировать длины формующих каналов, в зависимости от их расположения относительно оси шнека.

На фиг. 2б представлена схема разметки каналов на плоскости разметки, нормальной к оси шнека. Каналы размещены в узлах треугольной (сотовой, гексагональной, шестиугольной) сетки с равномерным шагом. Количество каналов по концентрическим слоям шестиугольной сетки составляет: 1, 6, 12, 18, … Количество каналов равноудаленных от оси шнека по слоям в виде концентрических окружностей: 1, 6, 6, 6, 12, 6, … Общее количество каналов пресс-инструмента при вычислении любым способом определяется суммой с нарастающим итогом по используемым слоям: 7, 19, 37, … (фиг. 2б).

Угол наклона цилиндрической части формующих каналов увеличивается от 0° для центрального канала (0-й слой каналов на схеме разметки фиг. 26 и в таблице 1 фиг. 2 г) до максимального для наиболее удаленных каналов на периферии пресс-инструмента (1-й, 3-й или 5-й слой каналов на схеме разметки фиг. 2б и в таблицах 1, 2 фиг. 2г, 2д).

Предельные соотношения углов наклона осей заходных и цилиндрических частей каналов на периферии пресс-инструмента определяются условием выхода этих каналов на внешнюю рабочую сферическую поверхность пресс-инструмента (далее назовем это условием технической реализуемости конструкции пресс-инструмента) (фиг. 2а, таблица 1 на фиг. 2г и таблица 2 на фиг. 2д):

S - проекция на плоскость разметки вектора полного смещение оси канала на выходе от точки разметки его центра для наружного максимально удаленного слоя каналов от оси шнека (фиг. 2а-2д),

Smax - максимальное смещение выхода канала относительно точки разметки его центра определяется катетом прямоугольного треугольника, гипотенуза которого равна внутреннему радиусу установочного кольца пресс-инструмента на плоскости разметки, а другой катет равен радиусу окружности, проходящей через точки разметки центров наружного (максимально удаленного) слоя каналов или радиус аксиального сечения этих каналов за вычетом диаметра канала (фиг. 2а-2д).

Выражение S/Smax определяет уровень технической реализуемости, а выражение 1 - S/Smax показывает запас технической реализуемости конструкции пресс-инструмента при заданной совокупности входных параметров (аргументов), перечисленных ниже и оказывающих влияние на конструкцию пресс-инструмента.

Основные конструктивные параметры пресс-инструмента, значения которых только в совокупности и взаимосвязи определяют его техническую реализуемость: количество слоев каналов, форма и толщина пресс-инструмента, длины заходных сужающихся частей каналов, радиус внешнего сферического сегмента и местоположение его центра, соотношения углов наклона осей заходных и цилиндрических частей каналов на периферии пресс-инструмента к оси шнека.

В силу тесной взаимосвязи перечисленных параметров невозможно определить допустимые интервалы изменения отдельных параметров. Поэтому условия технической реализуемости можно оценить лишь в результате многократного расчета пресс-инструмента при вариации значений одного или нескольких вышеперечисленных параметров (фиг. 2д).

Расчет нескольких вариантов реализации пресс-инструмента с 19 каналами диаметром 1,5 мм гранулирующего пресса диаметром шнека 41 мм для формования высококонцентрированных растворов нитроцеллюлозы (фиг. 2д) показывает, что при задании толщины пресс-инструмента 30 мм и углов наклона цилиндрических частей каналов: 0° для центрального канала и 15° для наиболее удаленного канала на периферии интервал технической реализуемости для конических заходных частей каналов составляет 15-40°. При уменьшении толщины на периферии до 20 мм этот интервал составляет 20-49° (вариант 3 фиг. 2д). При увеличении центрального угла конуса до 70° интервал технической реализуемости для конических заходных частей каналов составляет 15-50° (вариант 8 фиг. 2д). Для прототипа (D3): угол наклона конической заходной части, соосной с каналом, не более 21° (вариант 5 фиг. 2д). Для пресс-инструмента с 7 и 37 каналами соотношение углов наклона цилиндрических и сужающихся заходных частей каналов изменяется незначительно (варианты 9-12 фиг. 2д).

Примечание: при любой совокупности основных конструктивных параметров пресс-инструмента всегда можно подобрать такое соотношение углов наклона цилиндрических и сужающихся заходных частей каналов, при котором выполняется условие технической реализуемости конструкции пресс-инструмента.

Для минимизации потерь энергии потока при его двойном повороте в канале: на входе и на стыке заходных и цилиндрических частей каналов может быть использована методика [1, 2], частично представленная на фиг. 2а-2д для каждого вида формуемого материала, конструкции пресса и режима формования.

В отличие от прототипа (D3) углы наклона осей сужающихся заходных частей каналов к центральной оси пресс-инструмента могут быть значительно больше углов наклона цилиндрических частей периферийных формующих каналов.

На фиг. 1-5 сужающиеся заходные части каналов имеют вид сопряжения цилиндрических и конических поверхностей для периферийных каналов или только конических поверхностей для внутренних каналов. В общем случае сужающиеся заходные части каналов могут иметь любую поверхность, образованную любой фигурой вращения вокруг оси заходной части: прямая, парабола, гипербола или любой комбинацией вышеперечисленных и других фигур.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Формуемая масса перемещается в корпусе пресса 1 (фиг. 1) шнеком 2 из зоны загрузки к многоканальному пресс-инструменту 3. После выхода из каналов шнека 2 поток формуемой массы разрезается на локальные потоки острыми вогнутыми кромками пересечений сужающихся заходных частей, равномерно заполняет заходные части всех каналов и переходит в цилиндрические части формующих каналов, где завершается процесс формования гранулята. Чем больше угол наклона сужающихся заходных частей периферийных формующих каналов, тем больше массы они срезают с хвостовика шнека и меньше массы поступает в формующие каналы в центральной части пресс-инструмента, что позволяет выровнять скорости формования по слоям каналов.

Увеличение углов наклона сужающихся заходных частей формующих каналов на периферии пресс-инструмента уменьшает угол поворота потока массы в заходных частях формующих каналов на периферии, кроме того, регулирование толщины пресс-инструмента, следовательно, длины каналов вместе позволяют уменьшить сопротивление потоку и, следовательно, потери энергии на формование преимущественно в периферийных формующих каналах. При этом наблюдается выравнивание линейных, объемных и массовых скоростей массы в формующих каналах в центре и на периферии, что позволяет повысить качество гранулята: получить более однородный по плотности, пористости и гранулометрическому составу полупродукт на фазе резки шнуров, что повышает потребительские свойства и улучшает товарный вид гранулята.

Таким образом, для предлагаемого гранулирующего шнекового пресса в сравнении с прототипом (D3) уменьшается разброс показателей качества продукта по гранулометрическому составу, плотности, механической прочности и пористости, уменьшается давление формования за счет уменьшения сопротивления пресс-инструмента и, следовательно, потерь энергии потока на входе в формующие каналы преимущественно на периферии пресс-инструмента, а также уменьшаются потери массы и энергии за счет уменьшения количества вынужденных остановов пресса при потере устойчивости процесса формования и по этой причине увеличивается средняя производительность пресса.

Источники информации

1. Логинов В.Я. Одношнековое формование трехфазных дисперсных композиций. Моделирование и оптимизация. // ISBN: 978-3-659-16575-7. LAP LAMBERT Academic Publishing, , Deutschland. 2012. 191 c.

2. Логинов В.Я., Равичев Л.В., Беспалов A.B. Устойчивость формования наполненных дисперсных композиций в одношнековом прессе. // Вестник СГТУ. 2012. №1 (64). Выпуск 2. С. 398-402.

Гранулирующий шнековый пресс для переработки высококонцентрированных полидисперсных композиций, включающий корпус, шнек и многоканальный пресс-инструмент, на внутренней поверхности которого, обращенной к потоку массы и повторяющей форму хвостовика шнека, изготовлены формующие каналы с сужающимися заходными частями любой формы фигуры вращения соосно с цилиндрическими частями, под разными углами к центральной оси пресс-инструмента в направлении вращения шнека в плоскостях, касательных аксиальным сечениям пресс-инструмента в центрах формующих каналов, при этом углы наклона каналов увеличиваются по мере их удаления от центрального канала с нулевым углом наклона, отличающийся тем, что внешняя поверхность пресс-инструмента с выходными отверстиями каналов изготовлена в виде выпуклого сегмента сферы, углы наклона осей цилиндрических частей каналов отличаются от углов наклона осей сужающихся заходных частей каналов и вместе они увеличиваются по мере удаления каналов от центрального канала с нулевыми углами наклона обеих осей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии вспенивания гранул пенополистирола, содержащих пентан или изопентан, и может быть использовано для производства теплоизоляции в строительстве, при изготовлении газифицируемых моделей, в производстве формованных изделий и упаковки.

Изобретение относится к технологии гранулирования органических вяжущих материалов, в частности битумов, имеющих твердое состояние при нормальных условиях, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для получения клея-расплава, а также для изготовления строительных материалов.
Изобретение относится к технологии полимеров и может быть использовано для изготовления изделий из полимерных термопластичных материалов, применяемых в машиностроении.

Изобретение относится к области получения полимеров и может быть использовано для измельчения термоэластопластов, используемых для модификации битумов в дорожном строительстве, изготовления кровельных материалов и т.п.

Изобретение относится к устройствам для переработки отходов полиэтиленовой пленки и может быть использовано для переработки отходов других пластических материалов, близких по температуре плавления.
Изобретение относится к области полимерной химии и может быть использовано при разработке технологий гранулирования гелеобразных веществ. .

Изобретение относится к области производства и переработки пластических масс и может быть использовано, в частности, для грануляции полимеров. .

Изобретение относится к технологии переработки пластмасс и может быть использовано в оборудовании для гранулирования полимерных материалов. .

Изобретение относится к технологии переработки пластмасс и может быть использовано в оборудовании для гранулирования полимеров. .
Наверх