устройство для плавления полимеров

Формула изобретения

1. Устройство для плавления полимеров, содержащее обогреваемый корпус для теплоносителя с патрубками ввода и вывода циркулирующего через корпус теплоносителя, загрузочный бункер с питателем, расплавопровод с транспортирующим узлом в виде вращающегося шнека и узел разделения, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит барботажный узел, состоящий из установленного внутри корпуса с зазором относительно него цилиндрического с дном кожуха, который имеет отверстия, соединенные с патрубком ввода теплоносителя и газораспределительной решетки, расположенной выше отверстий для ввода теплоносителя, узел разделения выполнен в виде диффузора с цилиндрическим патрубком, установленного внутри корпуса с образованием стенкой патрубка и верхней частью цилиндрического кожуха гидрозатвора, при этом теплоносителем служит нагретый инертный газ.

2. Устройство для плавления полимеров по п.1, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный нагревательный элемент, который установлен внутри кожуха над газораспределительной решеткой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полимерного машиностроения, а именно к переработке полимерных отходов, в первую очередь имеющих малую насыпную плотность, например пленочных, волокнистых и тому подобных, для получения расплавов на предприятиях по производству синтетических волокон, пластических масс в химической промышленности.

Известно множество устройств для расплавления термопластичных материалов, в которых используются различные теплоносители (тепловые среды), способствующие разогреву и плавлению полимеров.

В экструдерах плавление осуществляется с помощью теплового излучения поверхности камеры, внутри которой находится материал, а камера, в свою очередь, нагревается внешними источниками тепла (а.с. №1761531, В 29 С 47/64, 14.06.90). Известны экструдеры, в которых рабочий орган - червяк выполнен полым и заполнен теплоносителем в виде герметичных капсул, имеющих рабочую камеру с индивидуальным источником нагрева-охлаждения (а.с. 1761532, В 29 С 47/49, 09.07.90). Коэффициент полезного действия экструдеров и производительность, как правило, невелики из-за больших потерь тепла. Кроме того, отсутствие контроля состояния теплоносителя приводит к снижению качества расплава.

Известно также устройство для плавления полимеров по патенту РФ №2102232, В 29 В 13/02, 17.06.94. Устройство содержит обогреваемые корпус для жидкого теплоносителя и загрузочный узел, накопитель полимера, сепарирующие элементы, перемешивающий механизм, размещенный внутри корпуса, выполненный в виде вращающегося вокруг своей оси возвратно-поступательно перемещающегося поршня и неподвижного диска, которые выполнены перфорированными, а торцевые поверхности их, обращенные друг к другу, имеют выступы. Обогреваемый узел загрузки полимера оснащен транспортирующим узлом, штуцером для подачи теплоносителя и дверцей, связанной с перемещающимся поршнем, а сливной бак, закрепленный на корпусе и имеющий систему подачи теплоносителя из бака в обогреваемый узел загрузки полимера, снабжен дополнительно системой удаления расплава полимера из этого бака. К недостаткам этого устройства следует отнести то, что оно является также энергоемким: с одной стороны требуется источник тепла для поддержания соответствующих тепловых характеристик теплоносителя, с другой - необходим дополнительный источник тепла, обогревающий питатель и загрузочный узел.

Известно и другое устройство, в котором также используется специальный теплоноситель. Это устройство содержит емкость для жидкой инертной тепловой среды, нагревательные элементы, расплавопровод, загрузочный бункер с питателем, узел разделения, включающий цилиндрический корпус с загрузочным окном, транспортирующий элемент в виде шнека и гидравлическое сопротивление. Узел разделения размещен в вертикальном или горизонтальном положениях, а его загрузочное окно расположено в верхней или нижней части его боковой стенки в зависимости от соотношения плотностей термопластичного полимерного и жидкой инертной тепловой среды. Устройство дополнительно снабжено насосом, обеспечивающим циркуляцию жидкой инертной тепловой массы (Патент России №2120377, В 29 В 13/02, 17/00, 30.05.95). Это устройство выбрано в качестве прототипа, как наиболее близкое по достигаемому результату и технической сущности к заявляемому устройству.

В основу настоящего изобретения положена задача: сохранение структуры полимера при нагревании без разрушения при приближении температуры расплава к температуре деструкции, снижение энергозатрат и увеличение КПД.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для плавления полимеров, содержащем обогреваемый корпус для теплоносителя с патрубками ввода и вывода циркулирующего через корпус теплоносителя, загрузочный бункер с питателем, расплавопровод с транспортирующим узлом в виде вращающегося шнека и узел разделения, дополнительно содержится барботажный узел, состоящий из установленного внутри корпуса с зазором относительно него цилиндрического с дном кожуха, который имеет отверстия, соединенные с патрубком ввода теплоносителя, и газораспределительной решетки, расположенной в его верхней части, а узел разделения выполнен в виде диффузора с цилиндрическим патрубком. Диффузор установлен внутри корпуса и образует стенкой патрубка и верхней частью цилиндрического кожуха гидрозатвор, при этом теплоносителем служит нагретый инертный газ. Устройство также содержит дополнительный нагревательный элемент, установленный внутри кожуха над газораспределительной решеткой.

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что:

- устройство дополнительно содержит барботажный узел, который состоит из цилиндрического кожуха, установленного с зазором внутри корпуса и газораспределительной решетки, расположенной в его верхней части, при этом кожух имеет отверстие, соединенное с патрубком ввода теплоносителя;

- теплоносителем служит инертный газ;

- узел разделения выполнен в виде диффузора с цилиндрическим патрубком и установлен внутри корпуса так, что образует стенкой патрубка и верхней частью цилиндрического кожуха гидрозатвор;

- устройство содержит дополнительный нагревательный элемент, который установлен внутри кожуха над газораспределительной решеткой.

Наличие отличительных признаков у заявляемого объекта говорит о его новизне.

Такое техническое решение всей совокупностью существенных признаков позволяет получить расплав полимера без разрушения его, когда температура расплава приближается к температуре деструкции, а также снизить энергозатраты и увеличить КПД.

На чертеже изображен общий вид устройства для плавления полимеров (продольный разрез).

Устройство для плавления полимеров содержит цилиндроконический теплоизолированный корпус 1 с патрубками ввода 2 и вывода 3 теплоносителя, загрузочный патрубок 4 с питателем и накопительным бункером (не показаны), расплавопровод 5 с транспортирующим узлом 6 и узел разделения 7. Внутри корпуса 1 коаксиально с зазором установлен барботажный узел, состоящий из цилиндрического с дном кожуха 8, соединенного через отверстия в его боковой стенке с патрубком 2 ввода теплоносителя, и газораспределительной решетки 9, расположенной внутри кожуха 8 выше отверстий для ввода теплоносителя. Узел разделения выполнен в виде диффузора с цилиндрическим патрубком 10 и установлен внутри корпуса 1 с образованием гидрозатвора стенкой патрубка 10 и верхней частью цилиндрического кожуха. Ниже кромки цилиндрического патрубка 10 внутри цилиндрического кожуха 8 установлена газораспределительная решетка 9. Транспортирующий узел 6 выполнен в виде шнека и установлен внутри расплавопровода 5, который снабжен нагревателем 11 для стабилизации температуры расплава на выходе из устройства. Шнек приводится в движение двигателем (на чертеже не показан) с помощью вала 12, проходящего внутри корпуса 1 через его ось. Патрубок ввода 2 имеет коллектор 13 распределения теплоносителя. Над газораспределительной решеткой расположен дополнительный нагреватель 14.

Устройство работает следующим образом. При запуске устройства через патрубок 2 в корпус 1 подается теплоноситель, нагретый до температуры 250-300°С инертный газ, например аргон. Одновременно с этим дозированно с помощью питателя, обеспечивающего необходимый расход полимерного материала при надежной герметизации установки, подают гранулированный полимерный материал. Поступающий материал попадает в восходящий поток инертного газа, скорость движения которого в зоне сепарации 15 равна скорости витания поступающих гранул полимера. Частицы материала прогреваются до плавления, укрупняются за счет слияния и, увеличивая массу, опускаются в барботажную зону 16. Интенсивно обмениваясь теплом с инертным газом, поступающим через газораспределительную решетку 9, в пенном слое расплав хорошо перемешивается. При полном заполнении барботажной зоны расплав переливается через гидрозатвор. Для снижения вязкости расплава полимерного материала в кожухе 8 над газораспределительной решеткой установлен дополнительный нагреватель 14. Его установка предусмотрена также для прогрева расплава при повторном запуске устройства. Инертный газ перемещается по замкнутому контуру: поступает через патрубок ввода 2 и коллектор 13 в корпус 1, проходит через газораспределительную решетку 9, барботажную зону 16 и откачивается через выходной патрубок 3. С внешней стороны устройства теплоноситель очищается от продуктов частичной деструкции полимерного материала фильтрами 17 и снова подается вентилятором 18 в патрубок 2, предварительно подогретый в калорифере 19. Расплавленный материал, переливаясь через кромку кожуха 8, стекает через зазор между кожухом и корпусом, поступает на шнек 6, который обеспечивает дальнейший транспорт расплава на устройство волокнообразования. С внешней стороны область шнековой подачи расплава подогревается нагревателем 13. Шнек может вращаться в реверсивном режиме, обеспечивая периодическую работу устройства - накопление расплава и подачу его на устройство волокнообразования.

Использование в качестве теплоносителя инертного газа исключает окисление расплава полимерного материала, что снижает его деструкцию. За счет высокой интенсивности теплоотдачи от газового теплоносителя к плавящемуся материалу в пенном слое барботажной зоны КПД установки увеличивается.