Смеситель для полимерных материалов

 

Изобретение относится к переработке полимерных материалов и м. б. использовано в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов . Цель изобретения - повышение эффективности смешения материалов Для этого в корпусе смесителя установлен вал, иа корпусе закреплены диски со сквозными отверстиями, между ними расположены смесительные элементы со сквозными отверстиями , установленные на валу Смесительные элементы выполнены в виде продольных лопастей Они расположены по окружности и образуют между собой продольные каналы для течения полимеров. По длине смесителя продольные лопасти м б смещены относительно друг друга по окружности , и могут иметь по длине переменную высоту и образовывать с корпусом зазоры переменных размеров. Зазоры могут быть снабжены лопастями и дисками, закрепленными на корпусе. При работе смесителя обеспечивается процесс частого разделения и слияния потоков полимеров, срез и переворачивание его. Это приводит к увеличению поверхности раз еля полимера и интенсификации распределения поверхностей контакта по всему объему смеси 7 з п ф-лы, 6 ил Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 29 В 7/38 (21) 4616068/05 (22) 02.! 2.88 (46) 15.01.9!. Бюл. № 2 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А. С. Сахаров, В. И. Сивецкий, С. О. Пристайлов, Д. Д. Рябинин, А. И. Чубенко и Ж. А. Зотова (53) 678.053.3 (088.8) (56) Патент Великобритании № 787764, кл. В 01 F, опублик. 1957.

Патент США № 4330215, кл. В 29 В 1/06, опублик. 1982. (54) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к переработке полимерных материалов и м. б. использовано в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов. Цель изобретения — повышение эффекти вности смешения материалов. Для

1 11 К2 Л 5 Я З1 32

7Þ 3 7 1Â 8 13 Ы 52 50 5f

Фиг 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

„„с0„,, 1620312 д ) этого в корпусе смесителя установлен вал, на корпусе закреплены диски со сквозными отверстиями, между ними расположены смесительные элементы со сквозными отверстиями, установленные на валу. Смесительные элементы выполнены в виде продольных лопастей. Они расположены по окружности и образуют между собой продольные каналы для течения полимеров. По длине смесителя продольные лопасти м. б. смещены относительно друг друга по окружности, и могут иметь по длине переменн ю высоту и образовывать с корпусом зазоры переменных размеров. Зазоры могут быть снабжены лопастями и дисками, закрепленными на корпусе. При работе смесителя обеспечивается процесс частого разделения и слияния потоков полимеров, срез и перевопачивание его. Это приводит к увеличению поверхности раздела полимера и интенсификации распределения поверхностей ко.такта по всему объему смеси, 7 з. и. ф-лы, 6 ил.

1620312

Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может быть использовано для непрерывного смешения полимерполимерных композиций, полимеров с различными пигментами, а также высокодисперсными минеральными наполнителями в линиях для окрашивания, грануляции, получения и переработки полимерных материалов.

Цель изобретения — повышение эффективности смешения материалов.

На фиг. 1 изображен смеситель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — смеситель с лопастями, установленными на валу и размещенными под углом к центральной оси смесителя; на фиг. 4 — развертка лопастей смесителя, образующих конфузорные и диффузорные каналы; на фиг. 5 — развертка лопастей, образующих волнообразные каналы; на фиг. 6 — развертка лопастей с выпукло-вогнутой формой и пространственной формой двоякой кривизны.

Смеситель для полимерных материалов содержит корпус 1 с полостью 2, в которой установлен с возможностью вращения вал

3 (фиг. 1). На корпусе 1 закреплены диски

4, 5, 6 с образованием между собой зазоров

7 и 8 для смесительных элементов и установленных на валу 3 и выполненных в виде продольных лопастей 9 — 16. В дисках 4, 5 и 6 выполнены сквозные отверстия 17, 18 и 19, а в продольных лопастях 9 — 13 и 15— сквозные отверстия 20 — 25 (для продольных лопастей 14 и 16 сквозные отверстия не показаны). Смежные продольные лопасти из числа лопастей 9 — 16 расположены по окружности с образованием между собой продольных каналов 26 для течения полимера (фиг. 2).

В варианте конструкции по длине смесителя продольные лопасти смещены одна относительно другой по окружности. Продольные лопасти 9 — !2 смещены по окружности относительно продольных лопастей

13 — 16. На фиг. 2 продольная лопасть 16 показана штриховой линией. Она смещена по окружности относительно продольных лопастей 11 и 12 и на фиг. 2 располагается между ними.

Продольные лопасти 9 — 16 могут иметь по длине переменную высоту и образовывать с корпусом 1 зазоры переменных размеров. На фиг. 1 показано, что лопасть 9 образует с корпусом 1 зазор переменных размеров 27, а лопасть 10 — зазор переменных размеров 28. Размеры зазоров 27 и

28 могут уменьшаться в противоположных направлениях. Зазор 27 увеличивается в направлении от диска 4 к диску 5, а зазор

28 — уменьшается в этом же направлении.

В зазорах переменных размеров 27 и 28 могут быть размещены (фиг. 1 и 2) лопасти

29 со сквозными отверстиями 30, закреплен20

30 волнообразный канал 49.

На периферии лопастей, например, лопасти 13 (фиг. 1) и дисков, например, диска 31, могут быть выполнены чередующиеся выступы и впадины. На лопасти 13 выполнены выступы 50 и впадины 51, а на диске

31 — впадины 52 и выступы 53. При этом выступы 50 лопасти 13 могут располагаться

40 во впадинах 52 диска 31 и выступы 53 диска, 31 — во впадинах 51 лопасти 13. Выступы и впадины могут иметь и все вышеперечисленные лрпасти 9 — 16, 34 — 40, 45 — 48.

В вариантах конструкции (фиг. 6) лопасти 54 могут быть выполнены выпукло45 вогнутой формы или лопасти 55 — пространственной формы двоякой кривизны (термин лопасти пространственной формы или лопасти двоякой кривизны применяется в

5

15 ные на корпусе 1, или в другом варианте конструкции диски 31 со сквозными отверстиями 32, которые также закрепляются на корпусе 1. При этом сквозные отверстия

32 диска 31 располагаются в продольном направлении от диска 5 к диску 6.

Между дисками, например, между дисками 4 и 5 (фиг. 3), по длине смесителя могут располагаться несколько продольных лопастей, например, лопасти 33 и 34. Продольные лопасти ЗЗ и 34 могут располагаться под углами р и р к центральной оси смесителя. Таким же образом могут располагаться и все вышеуказанные лопасти 9 — 16.

Продольные лопасти, например, продольные лопасти 35 — 40 могут располагаться под углом одна к другой (фиг. 4), образуя по окружности и длине смесителя конфузорные и диффузорные каналы. Так по длине смесителя лопасти 35 и 36, расположенные под углом q> одна к другой, и лопасти 38 и 39, расположенные под углом рз одна к другой, образуют диффузорный канал 41 и следующий за ним конфузорный канал 42.

По окружности за диффузорным каналом 41 следует конфузорный канал 43, образованный лопастями 36. и 37, а конфузорный канал 42 отделен лопастью 39 от диффузорного канала 44, образованного лопастями 39 и 40.

Продольные лопасти 45 и 46 (фиг. 5) могут быть расположены под углом <р4 относительно соответствующих лопастей 47 и 48. При этом между лопастями 45 и 46, 47 и 48 образуется по длине смесителя области насосостроения или при проектировании гидродинамических передач) .

Работа смесителя для полимерных материалов заключается в следующем.

Расплав полимера, состоящий из различных компонентов, поступает в полость 2 корпуса 1 (фиг. 1), и подходит через сквозные отверстия 17 диска 4, закрепленного на корпусе 1, разделяясь на большое количество потоков, что приводит к увеличению поверхности раздела массы полимера. На вы1620312

5 ! о

55 ходе из сквозных отверстий 17 расплав полимера поступает в зону интенсивных сдвиговых деформаций и среза диском 4 и вращающимися на валу 3 продольными лопастями 9 — 12, которые перемешивают полимер в зазоре 7 между дисками 4 и 5. Затем полимер перетекает в продольные каналы

26 (фиг. 2) между продольными лопастями

9 — 12. Продольные каналы 26 при своем вращении запитываются полимером из различных сквозных отверстий 17, который перемещается при слиянии в продольных каналах 26. Одновременно продольные лопасти

9 — 12, набегая при своем вращении на поток полимера, заставляют его разделяться на большое число поперечных потоков, вытекающих из сквозных отверстий 20, 21, 22, 23.

Таким образом, при движении полимера в продольных каналах 26 происходит слияние продольных потоков полимера, вытекающих из сквозных отверстий 17, и поперечных потоков полимера, вытекающих из сквозных отверстий 20, 21, 22 и 23, что улучшает смешение по сравнению со смешением полимера в смесителе, описанном в прототипе, в котором совершенно отсутствует возможность дополнительного разделения полимера на поперечные потоки. На выходе из продольных каналов 26 полимер снова подвергается интенсивному сдвигу, срезу и разделению в сквозных отверстиях 18 диска 5.

Выходя из сквозных отверстий 18 диска

5 расплав полимера попадает в продольные каналы 26, образованными продольными лопастями 13 — 16 со сквозными отверстиями 24 и 25, вращающимися в зазоре

8. Продольные каналы 26 между продольными лопастями 13 — 16 являются продолжением продольных каналов 26 между продольными лопастями 9, 10, 11 и 12, но отделены от них диском 5. В варианте конструкции, в котором продольные лопасти

13 — 16 смещены по окружности относительно продольных лопастей 9 — 12, раоплав полимера подвергается дополнительному разделению и слиянию на выходе из отверстий 18 диска 5 из-за того, что части продольных каналов 26, расположенные соответственно между продольными лопастями 13 — 16 и продольными лопастями 9 — 12, также смещены одна относительно другой по окружности.

В варианте конструкции, в котором расплав полимера движется между продольными лопастями„имеющими по длине переменную высоту и образующими с корпусом

1 зазоры переменных размеров, происходит интенсивное поперечное движение полимера.

Поперечное движение полимера сопровождается его переворачиванием, что существенно улучшает смешение в случае уменьшения зазоров переменных размеров во взаимопротивоположных направлениях. Так, вытекая из сквозных отверстий 17 диска 4, расплав полимера подвергается воздействию продольной лопасти 9. Часть полимера перетекает через сквозные отверстия 20, а остальная часть полимера обтекает продольную лопасть 9 и поступает в зазор переменных размеров 27, увеличивающийся в направлении от диска 4 к диску 5. Поперечному перемещению потока полимера препятствует продольная лопасть 10. Натекая на продольную лопасть 10, часть расплава полимера проходит через сквозные отверстия

2l лопасти 10 и сквозные отверстия 18 диска 5, а другая часть потока полимера совершает поворот и движение в плоскости лопасти 10, сливаясь при этом с потоком полимера, движущимся в зазоре переменных размеров 28, образованным лопастью

10 с корпусом i и уменьшающимся в направлении от диска 4 к диску 5, т.е. в направлении, противоположном уменьшению зазора переменных размеров 27. Аналогичные процессы происходят и под действием лопастеи ll — 16. Число разделений, слияний и поворотов потоков полимера увеличивается при обтекании полимером лопастей 29 со сквозными отверстиями 30, закрепленными на корпусе !. При этом расплав полимера проходит через сквозные отверстия 30 и интенсивно за кручивается лопастями 9 — 12, вращающимися относительно неподвижной лопасти 29. Однако, несмотря на повышение эффективности смешения, установка лопастей 29 может привести к увеличению гидравлических потерь энергии, повышению местных скоростей движения и турбулизации потока или превышению критических напряжений сдвига, что нежелательно или недопустимо. Если процесс смешения целесообразно вести при ламинарном режи ме движения, повышение эффективности смешения можно достигнуть путем увеличения интенсивности сдвиговых деформаций и среза полимера. При этом расплав полимера двигается через сквозные отверстия

32 диска 31, закрепленного на корпусе l.

При этом интенсивный срез полимера происходит под действием продольных лопастей

13 — 16 на входе в сквозные отверстия 32 и на выходе из них, а интенсивный сдвиг полимера осуществляется при течении полимера в сквозных отверстиях 32, которые можно выполнять пересекающимися или конфузорно-диффузорными н т.д., улучшив таким образом смешение путем увеличения числа разделений и слияний потоков полимера.

При обтекании полимером продольных лопастей например. лопастей 33 и 34 (фиг. 3), установленных под углом rp и ср к центральной оси, усиливаются поперечные потоки полимера из-за увеличения разности давлений по разные стороны лопасти.

Движение расплава полимера в чередующихся по окружности и длине смесителя конфузорных каналах 42 и 43 и диффузорных каналах 41 и 44 (фиг. 4), образо1620312 ванных лопастями 35 — 40, происходит в условиях ускорения и торможения потока полимера и перетекания полимера из зон повышенного давления (диффузорные каналы

41 и 44) в зоны пониженного давления (конфузорные каналы 42 и 43).

Эффективность смешения повышается и при движении полимера в волнообразных каналах 49, образованных лопастями 45, 46 и 47, 48 (фиг. 5). При этом по сравнению со случаем движения полимера в конфузорно-диффузорных каналах снижается гидравлическое сопротивление.

В варианте конструкции расплав полимера дополнительно резделяется на поперечные потоки, например, выступами 50 и 53 и впадинами 51 и 52 (фиг. 1) лопасти 13 и диска 31. Аналогичные выступы и впадины могут быть выполнены и на других лопастях. При этом интенсифицируются процессы смешения на периферии лопастей и дисков. Число поперечных потоков полимера можно увеличить, а их размеры — уменьшить, при движении расплава полимера между выступами 50 и 53 и впадинами 51 и 52 в случае размещения выступов 50 и 53 во впадинах 51 и 52.

Интенсивность смешения можно увеличить путем рационального выбора формы продольных лопастей (фиг. 6). При выполнении лопастей 54 выпукло-вогнутой формы набегающий на лопасти поток полимера резко срывается, увеличивая разность давлений по разные стороны лопасти и усиливая этим поперечные потоки. При выполнении лопастей 55 пространственной формы двоякой кривизны одновременно с усилием поперечных потоков полимера происходит его перемещение по высоте продольного канала 26, что дополнительно повышает эффективность смешения.

Расплав полимера выходит из смесителя через сквозные отверстия 19 диска 6.

Предлагаемая конструкция смесителя для полимерных материалов позволяет в условиях наложения поперечных и продольных потоков полимера организовать процессы частого разделения и слияния потоков расплава полимера, интенсифицировать смешение в зонах сдвиговых деформаций, обеспечить срез и переворачивание полимера, что приводит к увеличению поверхности раздела полимера и интенсификации распределения поверхностей контакта по всему объему смеси.

Таким образом в предлагаемом смесителе для полимерных материалов достигается повышение эффективности смешения по сравнению с известными конструкциями смесителей.

Формула изобретения тем, что он снабжен установленными в зазорах переменных размеров, образованных лопастями переменной высоты и корпусом, неподвижными лопастями со сквозными отверстиями, закрепленными на корпусе.

6. Смеситель по пп. 3 — 5, отличающийся тем, что он снабжен установленными в зазорах переменных размеров, образованных лопастями переменной вйсоты и корпусом, дисками со сквозными отверстиями, закрепленными на корпусе.

7. Смеситель по пп. 1 — 6, отличающийся тем, что на периферии лопастей и дисков выполнены чередующиеся выступы и впадины.

8. Смеситель по п. 7, отличающийся тем, что выступы лопастей, установленных на валу, размещены во впадинах лопастей и дисков, закрепленных на корпусе.

1. Смеситель для полимерных материалов, содержащий корпус с полостью, в ко10 торой установлен с возможностью вращения вал, а на корпусе закреплены диски с образованием между собой зазоров для смесительных элементов, установленных на валу, причем в дисках и в смесительных элементах выполнены сквозные отверстия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смешения материалов, смесительные элементы выполнены в виде продольных лопастей, расположенных по окружности с образованием между собой продоль2О ных каналов для течения полимера.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что по длине смесителя продольные лопасти смещены относительно одна другой по окружности.

3. Смеситель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что лопасти имеют по длине переменную высоту и образуют с корпусом зазоры переменных размеров.

4. Смеситель по п. 3, отличающийся тем, что смежные лопасти образуют с корпусом

3ц зазоры переменных размеров, уменьшающиеся во взаимно противоположных направлениях.

5. Смеситель по пп. 3 и 4, отличающийся

1620312

1620312

Ll2. 4 yg

Составитель Л. Ливенцова

Реда кто р М. То вти н Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 4212 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101