Аппарат для получения гелеообразных полимерных материалов

 

Использование: для полимеризации гелеобразных полимерных материалов. Сущность изобретения: исходный раствор мономера подают в верхнюю секцию, где он перемешивается и полимеризуется. Твердый гель перегружают в нижнюю секцию для дальнейшей полимеризации. Здесь блок геля фиксируется от вращения вокруг оси дозревателя заостренными пластинами. При вращении днища вращается ножевая решетка узла резки. Нарезанные куски геля смешиваются с добавками и выгружаются из аппарата через шнековый гранулятор. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения гелеобразных полимерных материалов и может быть использовано в химической промышленности, в частности при получении крошки концентрированного поликриламидного геля.

Известен полимеризатор для получения гелеобразных материалов по а.с. СССР N 1687291, кл.B 01 J 19/00, 1989г. взятый в качестве прототипа и содержащий двухсекционный полимеризатор со штуцерами ввода раствора мономера и выгрузки гелеобразного полимера, теплообменные рубашки и размещенный в штуцере для выгрузки полимера шнековый гранулятор.

Недостаток известного устройства состоит в низкой производительности как по гелю вследствие периодичности технологических операций, так и по основному веществу (полимеру) из-за сложностей при выгрузке высококонцентрированного "твердого" полимерного геля, что снижает также качество получаемого продукта.

Цель изобретения повышение производительности аппарата и качества получаемого продукта.

Указанная цель достигается тем, что аппарат для получения гелеобразных полимерных материалов, содержащий двухсекционный полимеризатор и размещенный под ним шнековый гранулятор, снабжен шибером, размещенным между секциями полимеризатора, и ножевой решеткой, установленной на верхнем торце днища полимеризатора, смонтированного с возможностью вращения,при этом верхняя секция полимеризатора снабжена средством для перемешивания компонентов рабочей среды, в нижней секции на стенке установлены амортизаторы, а под ножевой решеткой размещены в радиальных плоскостях фиксаторы в виде заостренных пластин, на верхней стороне ножевой решетки укреплен буравчик, а под решеткой средство для резки геля. Средство для перемешивания мономера выполнено в виде шарнирно укрепленного на валу привода заглушенного отрезка трубы.

Амортизаторы выполнены из шарнирно закрепленных на корпусе полимеризатора профилированных листов, контактирующих со штоками гидроцилиндров. Входной штуцер шнекового гранулятора снабжен тангенциальным патрубком подачи твердых добавок в газовой среде.

Благодаря установке шибера между секциями полимеризатора появляется возможность одновременно вести в аппарате процессы полимеризации и дозревания полимеризующейся до глубокой степени конверсии рабочей среды. Это позволяет организовать работу аппарата в непрерывном режиме, что повышает его производительность.

Снабжение верхней секции полимеризатора средством перемешивания (мешалкой) позволяет интенсифицировать смешение компонентов рабочей среды при загрузке.

Выполнение мешалки в виде заглушенного отрезка трубы позволяет в заполненном рабочей средой полимеризаторе увеличить архимедову подъемную силу, воздействующую на отрезок трубы.

Подвеска отрезка трубы за торец на приводном валу с помощью шарнира позволяет отрезку трубы при вращении под действием центробежной и архимедовой подъемной сил отклоняться от центрального положения и активно перемешивать рабочую среду, а при остановке мешалки возвращаться в центральное положение для формирования канала в блоке полимеризующейся среды (в блоке полимерного геля) и не препятствовать перегрузке блока геля в дозреватель.

Снабжение дозревателя установленными на боковой поверхности амортизаторами хода рабочей среды в полимеризаторе обеспечивает плавное перемещение блока геля из верхней секции полимеризатора в дозреватель.

Размещение над ножевой решеткой в радиальных плоскостях фиксаторов в виде заостренных пластин обеспечивает фиксацию блока геля от проворота при резке.

Снабжение днища ножевой решеткой, на верхней стороне которой укреплен буравчик, а под ним средство для геля, позволяет организовать плавную подачу блока к ножевой решетке, непрерывное снятие стружек геля с торца блока и их резку.

Установка днища с возможностью вращения позволяет осуществлять одновременное и синхронное вращение ножевой решетки, буравчика и средства для резки геля. Все это позволяет повысить производительность агрегата по полимеру и качество получаемого продукта.

Благодаря снабжению входного штуцера шнекового гранулятора тангенциальным патрубком подачи твердых добавок в газовой среде вдоль стенок входного штуцера и днища образуется защитная подушка из вводимых добавок, что практически предохраняет стенки от налипания кусков геля на их поверхность. Это также повышает производительность аппарата.

На фиг.1 представлен общий вид аппарата; на фиг.2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг.3 сечение по Б-Б на фиг.2.

Аппарат для получения гелеобразных полимерных материалов включает двухсекционный полимеризатор 1, состоящий из верхней секции 2 и нижней секции (дозревателя) 3. Секции 2 и 3 разделены между собой шибером 4. Под полимеризатором расположен узел резки 5, а под ним шнековый гранулятор 6. Узел резки 5 геля может быть выполнен любыми известными средствами.

Верхняя секция 2 снабжена теплообменной рубашкой 7 и средством для перемешивания компонентов рабочей среды, выполненным в виде укрепленного на приводном валу 8 (привод не показан) с помощью шарнира 9 заглушенного отрезка трубы 10.

Нижняя секция (дозреватель) 3 снабжена наружной теплоизоляцией 11. В полости секции 3 установлены амортизаторы 12, выполненные из укрепленных на корпусе посредством шарниров 13 профилированных листов 14, контактирующих со штоками 15 гидроциллиндров 16. В нижней части дозревателя 3 размещены в радиальных плоскостях фиксаторы в виде заостренных пластин 17 и смонтирована рубашка 18 с патрубком 19 выхода газов. Высота дозревателя 3 не менее чем в 1,5 раза больше высоты верхней секции 2 для обеспечения достаточной выдержки полимерного материала в дозревателе 3 и вместе с тем для использования силы тяжести при подаче полимерных блоков к узлу резки 5. На нижнем торце дозревателя 3 неподвижно укреплено кольцо 20, в котором выполнены отверстия 21, сообщающие полость рубашки 18 с полостью днища 22 полимеризатора, в котором размещен узел резки 5.

На верхнем торце днища 22 установлена ножевая решетка 23, в плоскости которой отогнуты с образованием отверстий 24 ножи 25. На верхней стороне ножевой решетки 23 укреплен буравчик 26, а под ней средство для резки геля 5. В полости днища 22 радиально установлены кронштейны 27, на которых касательно плоскости ножевой решетки 23 смонтированы с возможностью вращения катки 28.

Днище 22 смонтировано с возможностью вращения в подшипнике 29 и связано через зубчатую передачу 30 с двигателем (не показан).

С выходным патрубком 31 днища 22 с зазором соединен входной патрубок 32 шнекового гранулятора 6. В патрубок 32 тангенциально вмонтирован патрубок 33 для подачи твердых добавок.

Аппарат работает следующим образом. При закрытом шибере 4 в верхнюю секцию 2 полимеризатора 1 загружают компоненты рабочей среды (раствор мономера, инициаторы). После загрузки включают привод вала 8 и под действием центробежной силы заглушенный отрезок трубы 10 отклоняется на шарнире 9 от центрального положения в секции 2. Архимедова подъемная сила, действующая на отрезок трубы 10 (благодаря тому, что труба 10 заглушена), в значительной степени компенсирует противодействие силы тяжести. Отклонение трубы 10 может происходить даже при небольших оборотах вала 8. Отклоненная от вертикали труба 10 при вращении воздействует на среду как мешалка. При загрузке секции 2 и перемешивании среды в рубашку 7 подают горячую воду для разогрева среды и инициирования полимеризации. С началом разогрева среды привод вала 8 отключают и труба 10 возвращается в центральное положение.

При полимеризации среда из жидкого состояния переходит в гелеобразное состояние и при достаточно высокой концентрации полимера в растворе в "твердый" гель, который сохраняет без боковых границ свою форму. Когда среда приобретает такие свойства, "твердый" блок геля перегружают в под действием силы тяжести в дозреватель 3, где полимеризация продолжается до глубокой степени конверсии мономера. Для перегрузки открывают шибер 4 и блок геля выпадает из верхней секции 2, амортизаторы 12 в дозревателе 2 предохраняют блок от свободного падения благодаря взаимодействию гидроцилиндров 16 через листы 14 с блоком. После выгрузки блока из верхней секции 2 шибер 4 закрывают, в секцию 2 вновь загружают исходные компоненты рабочей среды и далее проводят полимеризацию следующего блока.

Блок, перегруженный в дозреватель 3, опускается под действием силы тяжести на ножевую решетку 23 и катки 28 узла резки 5, при этом блок врезается на заостренные пластины 17, а отверстием, сформованным отрезком трубы 10 в секции 2, насаживается на буравчик 26. Пусковой блок геля некоторое время выдерживается в таком положении в дозревателе 3. Затем включают привод днища 22, подачу добавок в штуцер 33 и шнековый гранулятор 6. При вращении днища 22 буравчик 26 ввинчивается в блок и способствует прижатию его к ножевой решетке 23. Ножи 25 врезаются с торца блока в его тело и вырезаемые при этом стружки направляются через отверстия 24 ножевой решетки 23 в устройство 5 для резки геля и далее в полость днища 27, откуда через входной патрубок 32 поступают в шнековый гранулятор 6. При этом куски геля в днище 22 и в патрубке 32 предварительно смешиваются с твердыми добавками, вводимыми через штуцер 33 в токе газов. Благодаря тангенциальному расположению штуцера 33 струя газов, несущая твердые добавки, закручивается в патрубке 32 и в днище 22, что способствует разделению аэровзвеси. При этом твердая фаза направляется к стенкам днища 22, образуя как бы подложку для кусков геля, падающих из устройства для резки, и уменьшая их адгезию к днищу 22. Опудренные твердыми добавками куски геля через патрубок 32 поступают в шнековый гранулятор 6, где гомогенно смешиваются с добавками и выдавливаются крошащейся массой на сушку. Газовая фаза аэровзвеси, подаваемая через штуцер 33, отсасывается через отверстия 21 в торцевом кольце 20 дозревателя 3 в рубашку 18 и штуцер 19.

По готовности нового блока геля в верхней секции 2 к перегрузке (способность сохранять форму под действием собственной силы тяжести) шибер 4 открывают и новый блок выпадает на дозревающий в дозревателе 3 неизрезанный остаток предыдущего блока. При этом резка блока не прекращается и агрегат регулярно выдает измельченный с помощью гранулятора 6 гель.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить производительность и качество получаемого продукта, а также обеспечивает непрерывный процесс получения гелеобразных полимерных материалов при повышенной их концентрации.

Формула изобретения

1. Аппарат для получения гелеобразных полимерных материалов, содержащий двухсекционный полимеризатор и размещенный под ним шнековый гранулятор, отличающийся тем, что он снабжен шибером, размещенным между секциями полимеризатора, и ножевой решеткой, установленной на верхнем торце днища полимеризатора, смонтированного с возможностью вращения, при этом верхняя секция полимеризатора снабжена средством для перемешивания мономера и других компонентов рабочей среды, в нижней секции на стенках установлены амортизаторы, а над ножевой решеткой в радиальных плоскостях фиксаторы в виде заостренных пластин, на верхней стороне ножевой решетки укреплен буравчик, а под решеткой средство для резки геля.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что средство для перемешивания выполнено в виде шарнирно укрепленного на валу привода заглушенного отрезка трубы.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что амортизаторы выполнены из шарнирно закрепленных на корпусе полимеризатора профилированных листов, контактирующих со штоками гидроцилиндров.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что входной штуцер шнекового гранулятора снабжен тангенциальным патрубком подачи твердых добавок в газовой среде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2