Многошнековый экструдер

 

Использование: переработка полимеров экструзией в химической промышленности , изготовление изделий хорошего качества с помощью многошнековых экструдеров, надежных в работе. Сущность изобретения: экструдер содержит шнеки, имеющие участки левозаходной и правозаходной нарезки, и устройство загрузки, размещенное в начале шнеков. Устройство выгрузки расположено между левозаходными и правозаходными участками каждого шнека . Экструдер снабжен устройством обратного отвода газов и отводным трубопроводом. Он предназначен для подачи материала от концов входных участков шнеков к началу последующих для подачи ими материала а противоположном относительно входных участков направлении к устройству выгрузки. На конце каждого шнека выполнены короткие участки нарезки про-, тивоположного смежному участку направления . В конце шнеков расположено устройство обратного отвода газов в виде камеры. Она снабжена емкостью сбора материала и патрубком ввода защитного или инертного газа. В стенке камеры выполнено съемное окно для визуального наблюдения и демонтажа через него шнеков. 3 з.п. ф-лы. .ЗИЛ. . ;: ,. -: - : . :

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (а1) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

1. (21) 4356474/05 . (22) 21.09к88 (3 1) Р 381794.1.5 (32).27Ж.88 (33) ОЕ (46) 23.05.93. Бюл. (л 19 . (71) Родив АкГ. (ОЕ) (72) Рудигер Доллхопф и Бернд Нандцик (ОЕ) . (55) Патент США Рв 2535865, кл. 425-192, опублик. 1950.

Патент США М 2615199. кл. 425-192, кл.:8:29 F 3/03, опублик. 1952. . (54) МНОГОШНЕКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР (5T} Использование: переработка полиме ров: экструзией в химической: промышленности, изготовление изделий хорошего качестве с помощью многошнековых экструдеров, надежных: в работе. Сущность изобретения: экструдер содержит шнеки, имеющие участки левозаходной и правоэаИзобретение относится к области пере. работки полимеров нв шнековйх экструде; рах и может быть использовано в химической промышленности, в частности, для экструэионного прядения нитей.

Цель изобретения —.повышение надежности экструдера и качества материала.

На фиг. 1 схематично показан двухшнековый экструдер.с устройством для отвода газов в конце шнеков и наружным отвод. ным.трубопроводом, разрез; на фиг. 2 — ка.. мера для удаления газов (концевого типа), (s<)s В 29 С 47/76, 47/40

2 ходной нарезки, и устройство загрузки, размещенное в начале шнеков. Устройство выгрузки расположено между левозвходными и правозаходными участками каждого шне- . ка. Экструдер снабжен устройством обра ного отвода газов . и отводным трубопроводом. Он предназначен для пщ ачи материала от концов входных участков шнеков к началу последующих лля подачи ими материала в протиаоположном относительно входных участ«ОВ направлении к устройству выгрузки, На конце каждого анака выполнены короткие участки нарезки про- тивоположного смежному участку направ- ления. В конце шнеков расположено: устройство обратного Оаища газов в виде камеры. Она снабжена емкостью сбора ма- а териала и патрубком ввода защитного или ® инертного газа. В стенке камеры выполнено съемное окно для визуального наблюдения и демонтажа через него шнеков. 3 э.п. ф-лы.

3 ИЛ.,:: .. и °

QO

Ъ

М которая снабжена в своей стенке съемным окном для визуального контроля за концами шнеков и перераоатываемого материапв, разрез; на фиг 3 — paapesA A на фиг.2.

Многошнековыазкструдерсодериитпо (ка меньшей мере два шнека 1 и 2, установлен- . ных в корпусе 3 с возможностью вращения . посредством привода и передачи (не пока- . заны).увтройство4для загрузки материала, размещенное в корпусе 3 у начала шнеков 1 и 2, и устройство 5 для выгрузки материала.

Часть 6 нарезки шнека 1 и часть 7 нарезки

1817751

55 шнека 2 являются правозаходными для подачи материала в прямом и обратном направпениях, Часть 8 нарезки шнека 1 и часть 9 нарезки шнека 2 — левозаходными. Левозаходные 8 и 9 и прэвозаходные 6 и 7 участки одного шнека противолежат в направлении поперечной оси соответственно лево- и правозаходным участкам смежного шнека и левозаходные участки шн «ов размещены напротив правозаходных участков шнеков вдоль их продольной оси.

Двушнековый экструдер выполнен как экструдер с удалением газов, для чего в нем предусмотрено устройство 10 для отвода газов на конце 11 шнека 1 и на конце 12 шнека

Далее шнек 1 на конце 11 снабжен коротким левозаходным участком 13 нарезки, а шнек 2 на своем конце 12 — коротким левозаходным участком 14 нарезки. Оба участка 13 и 14 вместе образуют переливной элемент для вывода переливающейся и, возможно, поврежденной части обрабатываемого материала в устройство 10 для отвода газа в обратном направлении, т.е. от потока основного материала.

Между левозаходной 8 и правозаходной 6 частями нарезки, э также между левозаходной 9 и правозаходной 7 частями нарезки шнека 2 расположен уплотняющий элемент 15.

Экструдер содержит обходной трубопровод 16 для перепуска перерабатываемого материала от конца 17 участка, через который этот материал подается в направлении

Г (к концам 11 и 12 шнеков 1 и 2) к началу 18 участка, через который этот материал подается в направлении В (от концов 11 и 12 шнеков 1 и 2). Обходный трубопровод 16 проходит в основном снаружи корпуса 3 и в нем расположен дросселирующий, дозирующий и регулирующий орган 19.

Устройство 5 для выгрузки материала . расположено между лево- и правозаходными участками шнеков 1 и 2. Отводной трубопровод 16 предназначен для подачи материала от концов входных участков шнеков к началу последующих участков для подачи ими материала к противоположным по отношению к входным участкам шнеков в направлении к устройству 5 для выгрузки материала.

Стрелки 5 и В на фиг. 1 показывают соответствующие направления, в которых перерабатываемый материал подается по шнекам, стрелка Д вЂ” направление вращения шнеков 1 и 2.

Устройство 10 для отвода газов концевого типа снабжено пс меньшей мере одним патрубком 20, соединяемым с источником вакуума дпя отвода летучих компонентов из перерабатываемого материала, а также окном 21 для визуального контроля за концами 11 и 12 шнеков и за перерабатываемым материалом, На фиг, 2 показано устройство для отвода газов, выполненное в виде дегазирующей камеры 22 для удаления газов концевого типа на концах 11 и 12 шнеков 1 и 2 двушнекового экструдера. Камера 22 концевого типа снабжена в стенке 23 окном

24 и окном 25 для визуального контроля зэ шнеками 1 и 2 и за перерабатываемым материалом, приемной емкостью 26 для сбора обрабатываемого материала, который переливается (например, при перерыве в работе), в стенке 23 окном 27 для визуального контроля за приемной емкостью 26, патрубком 20, соединяемым с источником вакуума для отвода летучих компонентов из перерабатываемого материала, и впусками 28 — 30 для подачи защитного или инертного газа, такого, например, как азот, в дегазирующую камеру 22 концевого типа.

Окно 25 в стенке 23 камеры 22 для удаления газов концевого типа находится напротив концов 11 и 12 шнеков и выполняется съемным; окно 25 круглое и имеет такие размеры, что шнеки 1 и 2 могут извлекаться через отверстие 31 окна 25 или могут вставляться.в корпус 3.

Впуски 28 — 30 для подачи защитного или инертного газа соединены соответст-. венно с форсунками 32 — 34 с кольцевыми отверстиями так, что защитный или инертный газ подается внутрь в зоне окон 24, 25 и 27, в результате чего они не загрязняются и даже после длительной эксплуатации могут использоваться для визуального контро3а концами 11 и 12 перерабэтываемым материалом или эауровнем заполнения приемной емкости 26.

Стенка 23 камеры 22 для удаления газов концевого типа предпочтительно выполняется так, что для устранения осадков, нап ример, мономеров она может обогреваться; это может осуществляться, например, эа счет выполнения ее двустенной и обогревания паром.

Часть стенки 23 камеры.22 устройства

10 для отвода газов концевого типа, в которой находится окно 27, выполняется в виде круглой съемной крышки 35. Посредством отделения крышки 35 приемная емкость 26, которая выполняется также достаточно большой по своим размерам, может извлекаться иэ экструдера через отверстие 36 крышки для периодической разгрузки.

1817751

10

20 служил для перелива (выброса избытка),. 25 удаления газов и обеспечения необходимо30 титана 0,3 мас.,(» загружался через объем- 40 ное дозирующее устройство в устройство 4 для загрузки. расплавлялся в зоне участка перемешивания и на участке элементов для создания давления сжимался до давления 55 10 45

Па. С конца первой ступени расплав полиамиДа-66 через обходный трубопровод 16 подавался к началу второй ступени процесса. Между расположенным в обходном трубопроводе 16 дросселирующим органом 19 50 (вентиль для расплава) и местом входа расплава полиамида-66 во второй ступени процесса давление расплава снижалось с

55 10 Па до 350 ГПа.

На второй ступени процесса патрубок 55

20 камеры 22 для отвода газов концевого типа соединялся с источником вакуума с . абсолютным давлением 350 ГПа. За счет

Окна 25 и 27 выполнены круглыми, съемная крышка 35 также выполнена круглой.

Пример. Двушнековый экструдер был использован для экструзионного прядения филаментных нитей из полиамида — 66: (нейлона-66). Производительность — 80 кг/ч.

Оба шнека использованного двушнекового экструдера вращались в одном направлении и были расположены так, что обеспечивалось их плотное зацепление.

Первая ступень двушнекового экструдера, а именно участок между устройством

4 для загрузки материала и уплотнительными элементами 15, служил для подачи, плавления и создания необходимого давления: оба шнека на первом этапе охватывали элементы подачи. блоки перемешивания и элементы создания давления..

Нарезка обоих шнеков на первой ступени была левосторонней.

Вторая ступень двушнекового экструдера, а именно участок между концами шнеков и уплотнительными элементами 15 го давления; на второй ступени шнеки 1 и 2 охватывали короткие левозаходные участки

13 и 14 шнеков для выброса избытка, правоэаходные элементы шнеков на участке удаления газов (элементы для удаления газов) для транспортировки расплава полиамида66 и правозаходные элементы для обеспечения давления.

Не подвергавшийся предварительной сушке (штанговый) гранулят из полиамида66 (нейлона-66) с содержанием влаги 0,45% (влажности при хранении), с массой зерен или гранул 0,07 г и содержанием двуокиси

На первой ступени процесса гранулят этого расплав полиамида-66 на уч,".стке элементов для удаления газов, где этот расплав не подвергался сжатию, освобождался от излишней воды и мономеров. После этого расплав полиамида-66 на участке элементов для создания давления сжимался поддавлением 60 . 10 Па. Сжатый расплав подавал5 ся затем через устройство 5 для выгрузки материала в быстродействующее устройство для прядения филаментных нитей и подвергался прядению на нем в филаментные нити из полиямида-66.

Температура расплава полиамида-66 на выходе (конце) второй ступени составляла 292"С; температура расплава полиамида66 на выходе (конце) составляла 298 С. На первой ступени температура нагрева корпуса (нагрева цилиндров) в зоне расплава составляла 290 С, а в зоне создания давления — 275 С. Температура нагреваемого отводного трубопровода 16 составляла 298 С.

На втором этапе температура с помощью вентилятора понижалась до 225—

240 С, на второй ступени нагрев не требовался, так как за счет сжатия расплава полиамида-66 в зоне создания давления было достаточно тепла.

Перепад давления между первой и второй ступенями процесса у уплотнительных элементов 15 регулировался с помощью дросселирующего органа в отводном трубопроводе 16 так, что в конце второй ступени поддерживалось более высокое

5 давление, чем в конце первой ступени. За счет этого исключалось недопустимое попадание расплава полиамида-66, не подвергавшегося удалению газа из первой ступени через элементы 15 уплотнения и через устройство 5 для выгрузки материала второй ступени, в устройство для прядения филаментов.

Перепад давления предпочтительно поддерживается на самом низком уровне с тем, чтобы подтекание у уплотнительных элементов 15 и циркулирующий поток полиамида-66 в двушнековом экструдере свести до минимума. 3а счет этого исключается термическое разложение полиамида-66 вследствие длительного нахождения его в зкс1рудере.

Камера 22 устройства для удаления га. зов концевого типа нагревалась до температуры 298 С. Через впуски 28-30 и кольцевые форсунки 32-34 камеры 22 для удаления газов концевого типа в зону окон

24, 25 и 27 подавался азот.

Температура устройства 4 для загрузки материала поддерживалась на уровне 90ОС.

1817751

30 например различные полимеры; для многошнекового экструдера за счет снижения уровня или вообще устранения осевых усилий необходимы простые и дешевые осевые подшипники, а также дешевые передачи, которые к тому же обеспечивают надежный и длительный срок эксплуатации; с помощью многошнекового экструдера представляется возможность подвергать шнеки воздействию усилия растягивания, а не давления или сжимания, вследствие чего шнеки не подвергаются изгибанию, что особенно положительно проявляется при экструдерах большой длины.

Шнековая система экструдера может быть; с точки зрения направления вращения, работающей в одном или в противоположном направлениях; с точки зрения расположения шнеков. без взаимного зацепления (без соприкосновения), с взаимным зацеплением (с частичным зацеплением (или с полным зацеплением) с полным зацеплением).

Многошнековый экструдер пригоден для пластификации и гомогенизации формуемых полимерных масс; экструдирования

Частота вращения шнеков составляла

160 об/мин.

Предложенный экструдер обладает следующими преимуществами.

Он может использоваться в режиме непрерывной длительной эксплуатации, а также для переработки чувствительных к термическим воздействиям кислорода материалов; с его помощью могут создаваться высокие давления продукта на выходе без сокращения срока эксплуатации (осевых) подшипников, при этом может отпадать необходимость в установке специальных насосов для повышения давления; на участках удаления газов отсутствуют мертвые зоны или кромки обрыва, что оказывает положительное влияние на качество готовой продукции; многошнековый экструдер даже при режиме длительной непрерывной эксплуатации без его нарушений после длительных сроков эксплуатации не нуждается в очистке, особенно в очистке устройства для.отвода газов; многошнековый экструдер может выдерживать неоднократные остановки в результате каких-либо нарушений в нормальной работе его без необходимости очистки, в особенности без очистки устройства для отвода газов; после остановок.. обусловленных нарушениями нормальной работы, экструдер может снова пускаться в эксплуатацию без опасности снижения качества перерабатываемого материала; с помощью многошнекового экструдера могут перерабатываться различные материалы, полуфабрикатов полимерных материалов или нитей из полимеризаторов и подготовки к экструзии и реактивной экструзии, например для подготовки растворов полимеризатов.

С помощью многошнекового экструдера могут перерабатываться, например, поливинилхлорид, полиэфиры (также, такие как полиэтилентерефталат), полиамиды (также, как полиамид-66) и полистирол. Изобретеwe особенно пригодно для переработки чувствительных к термическому воздействию кислорода продуктов, таких как полиамид-66 (нейлон-66) и особенно пригодно для экструзионного прядения нитей из полиамида-66.

Формула изобретения

1, Многошнековый экструдер, содержащий по меньшей мере два шнека, установленные в корпусе с возможностью вращения посредством привода и передачи, .устройство для загрузки материала, размещенное в корпусе у начала шнеков, по меньшей мере одно устройство для выгрузки материала, причем каждый шнек имеет участки левозаходной и правозаходной нарезки для подачи материала s прямом и обратном направлениях, причем в направлении поперечной оси шнеков левозаходные и правозаходные участки одного шнека противолежаг соответственно левозаходным и правозаходным участкам смежного шнека или левозаходные участки шнеков размещены противоположно правозаходным участкам шнеков вдоль их продольных осей, при этом устройство для выгрузки материала расположено между левозаходными и правозаходными участками каждого из шнеков, а экструдер снабжен устройством обратного отвода газов и по меньшей мере одним отводным трубопроводом для подачи обрабатываемого материала от концов входных участков шнеков к началу последующих участков для подачи ими материала в противоположном по отношению к входным участкам шнеков направлении к устройству. для выгрузки материала, причем на каждом шнеке непосредственно перед устройством обратного отвода газов выполнен короткий участок, направление нарезки которого противоположно направлению нарезки смежного с. ним участка шнека, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения надежности экструдера и качества материала, устройство обратного отвода газов расположено в конце шнеков.

2. Экструдер по и, 1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что устройство обратного отвода газов снабжено емкостью для сбора обрабатываемого материала.

1817751

3. Экструдер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что устройство обратного отвода газов снабжено по меньшей мере одним патрубком для ввода защитного или инертного газа.

4. Экструдер по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что устройство обратного отвода азов в, »ол»о»п в виде дегазирующей камеры с окном в стенке камеры, расположенным»апротив концов шнеков, для визуального контроля и демонтажа шнеков

5 через указанное окно, которое смонтировано с возможностью съема или открывания.

1817751

Я-А

Составитель Л.Кольцова

Редактор А.Купрякова Техред М.Моргентал Корректор A.Ãåðåâè

Заказ 1736 . . Тираж" .. . -: Подписное . ВНИИ0И Государственного комитета nC аобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рвушская.наб., 4/5 .

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101