устройство для плавления термопластичных полимерных материалов

Формула изобретения

1. Устройство для плавления термопластичных полимерных материалов, содержащее емкость для жидкой инертной тепловой среды, нагревательные элементы, загрузочный бункер с питателем, расплавопровод и узел разделения, отличающееся тем, что узел разделения выполнен в виде цилиндрического корпуса с загрузочным окном, транспортирующего шнека и гидравлического сопротивления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический корпус установлен вертикально в емкости, а его загрузочное окно расположено в верхней или нижней части его боковой стенки в зависимости от соотношения плотностей термопластичного полимерного материала и жидкой инертной тепловой среды.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический корпус установлен горизонтально на одной из стенок емкости, а его загрузочное окно расположено в верхней или нижней части поперечного сечения корпуса в зависимости от соотношения плотностей полимерного материала и жидкой инертной тепловой среды.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено насосом, обеспечивающим циркуляцию жидкой инертной тепловой среды в емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для плавления полимерных термопластичных материалов, например, отходов (в первую очередь мелкодисперсных и имеющих малую насыпную массу, например пленочных, волокнистых, гранулированных, пылевидных и т.п.), в том числе загрязненных неплавкими примесями с последующим использованием образующегося расплава полимера и может найти применение на предприятиях по производству синтетических волокон и пластических масс, а также для переработки (утилизации) термопластичных отходов сельского хозяйства и бытовых отходов.

Известно устройство для обезвоживания и плавления термопластичных полимерных материалов, содержащее емкость для жидкой инертной тепловой среды, нагревательный элементы, загрузочный бункер, питатель, и расплавопровод.

В этом устройстве плавления термопластичных полимерных материалов осуществляется за счет непосредственного контакта полимера с жидкой инертной тепловой средой, а отвод расплава осуществляется через расплавопровод, размещенный на дне емкости.

Основным недостатком устройства является длительный цикл процесса переработки, достигающий 3-4 часов, что обусловлено низкой выталкивающей силой, определяемой разностью плотностей полимера и жидкой инертной тепловой среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для плавления полимеров, содержащее емкость для жидкой инертной тепловой среды, нагревательные элементы, загрузочный бункер с питателем, расплавопровод и узел разделения, соединяющий рабочий объем емкости с расплавопроводом.

В этом устройстве плавления полимера осуществляется за счет непосредственного контакта полимера с жидкой инертной тепловой средой, а отвод расплава осуществляется через переливную трубу, размещенную над сетчатым диском, и расплавопровод.

Недостатками устройства являются:

- длительный цикл процесса переработки, что обусловлено низкой интенсивностью процесса разделения, зависящей от выталкивающей силы и определяемой разностью плотностей полимера и жидкой инертной тепловой среды;

- ограниченный выбор жидкой инертной тепловой среды, вызванный необходимостью использования среды, отличающейся по плотности от расплава полимера;

- недостаточная чистота получаемого расплава, из-за присутствия в механически захваченных частиц жидкой инертной тепловой среды, не отделяющихся от полимера вследствие высокой вязкости полимерного расплава.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса получения расплава полимера, а также повышение качества получаемого расплава, благодаря уменьшению содержания в полимере жидкой инертной тепловой среды.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для плавления термопластичных полимерных материалов, содержащем емкость для жидкой инертной тепловой среды, нагревательные элементы, загрузочный бункер с питателем, расплавопровод и узел разделения, согласно изобретению узел разделения выполнен в виде цилиндрического корпуса с загрузочным окном, транспортирующего шнека и гидравлического сопротивления.

Цилиндрический корпус установлен вертикально в емкости, а его загрузочное окно расположено в верхней или нижней части его боковой стенки в зависимости от соотношения плотностей термопластичного полимерного материала и жидкой инертной тепловой среды.

Цилиндрический корпус может быть установлен горизонтально на одной из стенок емкости, а его загрузочное окно расположено в верхней или нижней части поперечного сечения корпуса в зависимости от соотношения плотностей полимерного материала и жидкой инертной тепловой среды.

Кроме того, устройство снабжено насосом, обеспечивающим циркуляцию жидкой инертной тепловой среды в емкости.

На фиг. 1 изображено описываемое устройство для плавления термопластичных полимерных материалов с вертикально установленным цилиндрическим корпусом для полимеров с меньшей, чем у тепловой среды, плотностью, на фиг. 2 - то же для полимеров с большей, чем у тепловой среды, плотностью, на фиг. 3 изображено описываемое устройство с горизонтально расположенным цилиндрическим корпусом для полимеров с меньшей, чем у тепловой среды, плотностью, на фиг. 3 - то же, для работы с полимерами с большей, чем у тепловой среды, плотностью, на фиг. 5 - устройство с циркуляционным насосом.

Устройство содержит емкость 1 для жидкой инертной тепловой среды 2, снабженную нагревательными элементами 3, загрузочный бункер 4 с питателем 6 и расплавопровод 12. В емкости 1 расположен узел разделения, соединяющий рабочий объем емкости с расплавопроводом и состоящий из цилиндрического корпуса 7 с загрузочным окном 8, транспортирующего шнека 9, приводимого в движение двигателем 10, и гидравлического сопротивления 11.

Корпус 7 может устанавливаться как вертикально в емкости 1, так и горизонтально на одной из ее стенок (см. фиг. 3а, 3б). Если корпус 7 расположен вертикально, то его загрузочное окно 8 расположено в верхней части его боковой стенки при работе с полимерами с меньшей, чем у жидкой инертной тепловой среды 2, плотностью (см. фиг. 1), или в нижней части боковой стенки цилиндра при работе с полимерами с большей, чем у жидкой инертной тепловой среды, плотностью (см. фиг. 2).

Если корпус 7 установлен горизонтально на одной из боковых стенок емкости 1, то его загрузочное окно 8 может быть расположено в верхней части поперечного сечения корпуса при работе с полимерами с меньшей, чем у тепловой среды 2, плотностью (см. фиг. 3) или в нижней части поперечного сечения корпуса при работе с полимерами с большей, чем у тепловой среды 2, плотностью (см. фиг. 4).

Гидравлическое сопротивление 11 выполнено в виде решетки или сетки. Устройство может быть снабжено насосом 13 для обеспечения циркуляции жидкой инертной тепловой среды (см. фиг. 5).

Для улучшения качества конечного продукта (расплава) и удаления посторонних включений, отличающихся от перерабатываемого полимера по плотности, устройство также может быть оборудовано узлами 14 очистки (ловушками), обеспечивающими отделение загрязнений, например, песка, металлов, древесины. Загрязнения, более плотные, чем жидкая инертная тепловая среда тонут в ней (см. фиг. 1, 4), а менее плотные всплывают (см. фиг. 2).

Для улучшения очистки конечного продукта (расплава) от посторонних включений может быть использована предварительная промывка полимерного материала, поступающего через питатель в емкость 1 струей теплоносителя через форсунку 15 (см. фиг. 5) с дальнейшей очисткой загрязненной жидкой инертной тепловой среды (например в гидроциклоне, седементацией, фильтрацией и т.е.) в процессе ее циркуляции.

Устройство работает следующим образом.

Термопластичный полимерный материал, например отходы полимера в виде волокна, пленок, и т.п., в том числе загрязненных неплавкими примесями, помещают в загрузочный бункер 4, из которого он через питатель 6 подается в емкость 1 с жидкой инертной тепловой средой 2. За счет интенсивного теплообмена с жидкой инертной тепловой средой (теплоносителем), которую поддерживают нагретой выше температуры плавления термопластичного полимерного материала при помощи нагревательных элементов 3, материал плавится. Если плотность жидкой инертной тепловой среды выше, чем у расплава полимера (например в случае системы полиэтилен-силиконовое масло, см. фиг. 1,4), то расплав находится на ее поверхности. Если плотность жидкой инертной тепловой среды ниже, чем у расплава полимера (например в случае системы полиэтилентерефталат-силиконовое масло, см. фиг. 2), то расплав опускается в нижнюю часть емкости 1 за счет разности плотностей.

Через загрузочное окно 8 расплав, содержащий механически захваченные частицы жидкой инертной тепловой среды, поступает в цилиндр 7, захватывается транспортирующим шнеком 9 и перемещается до зоны разделения. Разделение обеспечивается вследствие установки гидравлического сопротивления 11, выполненного например в виде решетки, сетки, либо в виде уменьшения шага шнека 9. Попадая в узел разделения, расплав за счет большей вязкости полимера по сравнению с теплоносителем 2, выдавливает теплоноситель обратно в емкость 1 через загрузочное окно 8. Расплав выходит из устройства через расплавопровод 10. Расплавленный полимер далее может быть направлен либо непосредственно на изготовление изделий, либо на получение гранулята или крошки для последующей переработки на стандартном оборудовании.

В качестве жидкой инертной тепловой среды может быть использовано любое вещество, жидкое при температуре плавления перерабатываемого полимера, в котором данный полимер не набухает и не растворяется.

Основными преимуществами предлагаемого устройства являются:

- высокая интенсивность разделения расплава полимера и жидкой инертной тепловой среды посредством механических усилий, развиваемых шнеком и гидравлическим сопротивлением. Эти усилия значительно превышают достигаемые при разделении, основанном на разности плотностей расплава полимера и жидкой инертной тепловой среды;

- расширенный выбор используемых жидких инертных тепловыход сред за счет отказа от разделения расплава полимера и жидкой инертной тепловой среды только за счет разности их плотностей;

- повышение чистоты получаемого расплава за счет удаления механической захваченных частиц жидкой инертной тепловой среды при разделении;

- высокая интенсивность процесса плавления за счет циркуляции жидкого теплоносителя;

- возможность переработки материалов с малым диапазоном температур переработки (ПВХ, лавсан, полиамиды) за счет надежного регулирования и поддержания температуры жидкой инертной тепловой среды (с точностью до градуса), вследствие ее циркуляции;

- улучшение качества конечного продукта за счет использования жидких тепловых сред (или добавок в них), удаляющих из полимеров растворимые в них примеси (например низкомолекулярные фракции полимера).