Устройство для растворения полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11) 51)5 В 01 Р 1/00,ЕНИЯ Е ИЗО И ЕЛЬ ТВУ КОМУ СВ К АВТ КГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1554953, кл. В 01 Р 7/00, 1988,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технологии приготовления растворов высокомолекулярных соединений, в частности низкоконцентрированных, как водных, так и на основе органических растворителей, и может быть использовано при приготовлении пленкообразующих систем для капсулирования дисперсных материалов, водоэмульсионных смазок, СОЖ и др,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для растворения полимерных материалов, содержащее емкость с размещенным в нем вертикальным валом и радиально закрепленными на валу лопастями, выполненными в виде рамок, внутри которых установлены ребра жесткости и натянуты струны (проволоки) в одной рамке в радиальном, а в другом - в поперечном направлениях,Недостатком известного устройства является отсутствие принудительной циркуляции жидкостных потоков в вертикальных плоскостях, что не исключает образования застойных зон в пристеночной и централь(54) Изобретение относится к устройствам для растворения полимерных материалов и позволяет повысить эффективность процесса растворения, Устройство включает емкость с вертикальным валом с мешалкой, боковые элементы которой соединены с валом посредством натянутых струн, Боковые элементы мешалки выполнены винтовыми, расположены на коаксиальной оси вала поверхности вращения с углом подъема, не превышающим 300, 3 ил,ной частях (по оси вращения) аппарата и может вызывать налипание комков полимера на стенки и поверхность вала перемешивающего устройства.Цель изобретения - повышение эффе тивности процесса растворения полимерных материалов.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для растворения полимерных материалов, содержащем емкость, размещенный в ней вертикальный вал с мешалкой, имеющей ребра жесткости, боковые элеменгы которой соединены с валом посредством натянутых струн, боковые элементы мешалки выполнены винтовыми с углом подъема, не превышающим 300, и расположенных на коаксиальной оси вала поверхности вращения,Винтовой профиль рамок создает принудительную циркуляцию жидкостных потоков в вертикальных плоскостях, в том числе в пристеночной и центральной (вблизи вала) частях аппарата, что исключает образование застойных зон на периферии и по оси вращения и предотвращает налипание ком 1736583 .ков полимера на конструктивные поверхности, что повышает эффективнось приготовления растворов полимеров, особенно низкоконцентрированных, в которых комки (а также макромолекулы) полимера находятся друг отдруга на значительных расстояниях, превышающих их собственные геометрические размеры, и обуславливают неоднородность раствора.На фиг. 1 - 3 изображено устройство для растворения полимерных материалов.Устройство состоит из емкости 1, установленного в нем вертикального вала 2 с приводом 3, радиально укрепленных на валу лопастей 4 с ребрами жесткости 5, выполненными в виде винтовых линий, расположенных в коаксиальной плоскости вращения с углом подъема, не превышающим 30,При углах подъема винтовой линии, превышающих указанный предел, существенно возрастает гидродин амич еское соп роти в- ление и, следовательно, увеличивается расход энергии на привод,Радиус коаксиальной поверхности вращения г, в которой расположены боковые винтовые ребра жесткости лопастей, преимущественно составляет г = Я/ Г 2, где Я - радиус аппарата, Такое соотношение размеров определено теоретически исходя из условия равнообъемности циркуляционных потоков, разделяемых коаксиальной поверхностью вращения, без учета разности гидродинамических сопротивлений в центральной части аппарата (вдоль вала привода) и периферийной зоне.Устройство работает следующим образом,При включении привода вал вместе с лопастями совершает вращательное движение и начинается процесс перемешивания и диспергирования материала в растворителе, Так как ребра жесткости образуют винтовую линию, то в объеме, кроме горизонтальных жидкостных потоков, образуются вертикальные потоки, циркулирующие в пристеночной зоне и в зоне вращения вала, Поскольку в рамках лопасти натянуты струны 6 (или проволоки), то струны, бороздя жидкость, образуют активные локализованные турбулентные потоки как в вертикальных, так и в горизонтальных, а также коаксиальных поверхностях вращения, что интенсифицирует процесс диспергирования, а следовательно, растворения полимерного материала, обеспечивая высокую степень гомогенизации раствора за более короткий промежуток времени, чем в известных устройствах,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Создание в объеме жидкости принудительных вертикальных циркуляционных потоков исключает образование застойныхзон, в том числе в периферийной и центральной частях аппарата, налипание комковполимера, сокращает время приготовленияраствора с высокой степенью гомогенизации, что повышает эффективность работыустройства и процесса растворения, особенно при приготовлении низкоконцентрированных растворов, в которых комкиполимеров активно диспергируются струнами лопаток и равномерно распределяютсяво всем объеме растворителя за счет создаваемых струнами активных локализованныхтурбулентных потоков и винтовой линиейребер жесткости макроциркуляций в горизонтальных и в вертикальных поверхностяхвращения.П р и м е р 1. Приготовление 0,2 -ногораствора полиакриламида (ПАА),В емкость мешалки на 100 мас,ч, воды,разогретой до 40 - 60 С, вводили 0,2 мас,ч,ПАА, включали привод и перемешивали дообразования однородного раствора, не содержащего комковКонтроль гомогенности раствора осуществляли следующим образом, Растворпроцеживали через сито с размером сторонячейки в свету 0,08 мм под давлением 0,080,09 МПа. Если раствор вытекал из отверстий и на сите не оставалось комковполимера, раствор считали гомогенным.При наличии комков сетка забивалась и вытекание раствора прекращалось, Налипание комков на стенки аппарата и валопределяли визуально,Длительность процесса перемешивания (приготовления раствора) до образования гомогенного раствора в предлагаемомустройстве составила 28 - 32 мин, в известном 36 - 40 мин, На стенках емкости и валакомков полимера не обнаружено.П р и м е р 2, Приготовление 1,5 ,-ногораствора метилцеллюлозы (МЦ) марки МЦ 100 (ТУ-В-68).В емкость на 98,5 мас.ч. воды, разогретой до 40 - 50 С, вводили 1,5 мас,ч. волокнистой МЦ, включали привод и перемешивалидо образования гомогенного раствора. Контроль качества растворения проводили аналогично примеру 1, Длительностьрастворения в предлагаемом устройстве составила 30 - 35 мин, в известном 42 - 48 мин.П р и м е р 3. Приготовление 3-ногораствора поли винилового спирта (П В С) марки ПВС, ГОСТ 10779-69,В емкость мешалки на 97 мас,ч, воды,разогретой до 60-70" С, добавляли 3 мас.ч.порошкообразного ПВС, включали привод и1736583 35 40 45 перемешивали до образования гомогенного раствора, Контроль качества растворения проводили аналогично примеру 1. Длительность процесса растворения в предлагаемом устройстве составила 22 - 25 мин, а в известном 30 - 35 мин, На стенках емкости и вала полностью отсутствовали комки полимера.Как видно из примеров 1 - 3 эффективность растворения (приготовления раствора с высокой степенью гомогенности) в предлагаемом устройстве по сравнению с известным увеличивается на 13-20;, что снижает энергозатраты, исключает потерю полимерного материала, повышает интенсивность процесса растворения (диспергирования) полимера, а также равномерного распределения макромолекул полимера по всему объему растворителя.В предлагаемом устройстве рабочий орган обладает минимальной парусностью, активно рассекает комки полимера и винто- образными ребрами создает вертикальную циркуляцию в плоскости вращения, обеспечивая высокую эффективность гомогенизации и растворения и снижение энергозатрат.Предел угла подъема не должен превышать 30, о чем свидетельствуют данные эксперимента на примере приготовления 1,5 о,-ного раствора МЦ (метилцеллюлозы марки МЦ), приведенные в таблице. Из таблицы видно, что уменьшение углаподъема (ниже 30 ) приводит к снижениюэнергозатрат на привод, однако при этомэффективность гомогенизации (диспергиро 5 вания комков полимера) снижается. Этопроисходит за счет того, что при уменьшении угла подъема уменьшается высота зоны,которую захватывает рабочий орган (рамка).При увеличении угла подъема (выше 30 )10 возрастают энергозатраты на привод, увеличивается зона захвата рабочим органом,при этом эффективность гомогенизацииснижается, так как при увеличении углаподъема усиливается горизонтальная цир 15 куляция всей массы раствора, что приводитк снижению относительной скорости рассекания (бороздения) струнами массы раствора,20 Формула изобретенияУстройство для растворения полимерных материалов, содержащее емкость, размещенный в ней вертикальный вал с мешалкой, боковые элементы которой сое динены с валом посредством натянутыхструн и имеющей ребра жесткости, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса растворения, боковые элементы мешалки выполнены винто выми с углом подъема, не превышающимЗОО, и расположены на коаксиальной оси вала поверхности вращения.1736583 40 50 Составитель А.УстяничТехред Ь, Моргентал Корректор О,Кравцова Редактор А.Огар Производственно-издательский комбинат "Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1849 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5