Устройство для изготовления пленок из полимерных материалов

1740193 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХсоциАлистическихРЕСПУБЛИК 19) Я,ИЯ САНИ ЗОБ Е К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ Ь СТВ тельскийтитут хинностиВ,А.Куниовы киХимия,ВЛЕНИЯ АТЕРИА- зводству м.б, исен ности,к производ мическойноГО ИЗГОТО полимеров ного типа. е- на Цель изобретения - водительности устройств зико-механических свойс интенсификации процессНа .фиг.1 изображен изготовления пленок из териалов, продольный р турбулизаторы, располож роны бесконечной металл повышение произв и улучшение фита пленок эа счет а теплообмена, о устройство для полимерных мааэрез; на фиг.2 - енные по обе стоической ленты. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЙЗГОТОПЛЕНОК ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МЛОВ(57) Изобретение относится к проипленок из растворов полимеров ипользовано в химической промышл Изобретение относится пленок и используется в х мышленности для непрерыв ния пленок иэ растворов отливочных машинах ленточ 3)з В 29 О 7/01, В 29 С 41/26//В 291 7:00 Цель изобретения - повышение производительности устройства и улучшение физико- механических свойств пленок за счет интенсификации процесса теплообмена. Для этого в герметичном корпусе размещена бесконечная лента, натянутая на барабаны, Над лентой размещена фильера. Между корпусом и рабочей и нерабочей поверхностями ленты образованы сушильные тракты. В них размещены турбулиэаторы в виде пластин, образующих конфузорно-диффузорные участки. Конфуэорные участки наружных сушильных трактов и диффуэорные участки внутренних трактов выполнены в виде волнистых синусоидальных каналов. При работе обеспечивается интенсивный теплообмен, равномерный прогрев бесконечной ленты, Это способствует повышению производи-. тельности и улучшению свойств пленок, т.е, уменьшению скручивания, увеличению ударной прочности. 2 ил,Устройство содержит отливочный узел в С виде бесконечной ленты 1, огибающей два барабана, ведущий 2 и ведомый 3, Над веду- О щим 2 барабаном установлена фильера 4, (д все устройство заключено в герметичный корпус 5, по оси отливочного узла между барабанами 2 и 3 параллельно установленывеют основная и дополнительная перегородки 6 и 7 с отверстиями. Между стенками корпуса 5 и верхней и нижней ветвями бесконечной ленты 1 образованы сушильныетракты 8- 11, разделенные поперечными стенками 12 и 13. Наружные сушильные тракты 8 и 10 образованы стенками корпуса 5 и рабочей поверхностью бесконечной ленты 1. Внут4019310 ренние сушил ьные тракты 9 и 11 расположе, ны са стороны нерабочей внутренней поверхности бесконечной ленты 1,В каждом сушильном тракте 8, 9, 10 и 11установлены турбулизаторы пароазотнойсмеси типа конфузор-диффузор 14 - 17 в виде пластин различной длины, Корпус 5 имеет патрубки 18-20 для подачи пароаэотнойсмеси и патрубки 21 - 23 для отвода ее. Изнижней части корпуса 5 в верхнюю частьпод лентой 1 пароазотная смесь перетекаетпо вертикальному каналу 24. Турбулизаторы14-17 содержат либо короткий гладкий участок 25 диффузора и длинный синусоидальный участок конфузора 26, либо короткийсинусоидальный участок 27 диффузора идлинный гладкий участок 28 конфузора,Канфузорные участки наружных сушильныхтрактов 8 и 10 и расположенные с противопаложйой им внутренней стороны бесконечной ленты диффузорные участкивнутренних сушильных трактов 9 и 11 выполнены в виде волнистых синусоидальныхканалов, Длина длинного участка конфузора-диффузора равна двум длинам короткого.Устройство работает следующим образом.Пленкообраэующий раствор поступаетиз фильеры 4 на бесконечную металлическую ленту 1 и наносится на нее тонкимслоем. Поток пароазотной смеСи с температурой 60 - 70 С при;. концентрации пароврастворителя 100-200 г/мэ поступает черезпатрубок 19 над ведомым барабаном 3 против движения ленты 1, Поток проходит всушильном тракте 8, образованном поверхностью ленты 1 и турбулизатором 15, соскоростью не выше 2,5 м/с в узком сечении,интенсивно турбулизируется и снимает спленки пары растворителя.При этом происходит испарение растворителя из пленки и ее стеклообразование, Влажность пленки уменьшается с 86 до60 . Поток пароазотной смеси отсасывается через патрубок 22, установленный нэдведущим барабаном 2, и направляется наконденсацию.Поток пароэзотной смеси с температурой 110-120 С при концентрации пароврастворителя 100-200 г/м подается черезпатрубок 18, расположенный под ведущимбарабаном 2. Поток проходит в сушильномтракте 10, образованном поверхностьюленты 1 и турбулизатором 14, со скоростью5-6 м/с, интенсивно турбулиэируется и снимает с пленки пары растворителя,Влажность пленки уменьшается при режиме постоянной скорости сушки с 60 до15-20%,15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поток пароазотной смеси отсасывается через пэтрубок 21, установленный под ведомым барабанам 3, и направляется на конденсацию. Поток пароазатной смеси с температурой 200 С подается через пэтрубок 20 на бесконечную металлическую ленту 1 со стороны, обратной нанесенному слою пленки, Поток проходит в нижнем канале с турбулизатором 16 в направлении, пратиеоположном движению ленты 1, турбулизируется и нагревает материал ленты 1 изнутри. Затем по вертикальному каналу 24 пароаэотная смесь перетекает в верхнюю часть ленты 1 и проходит в сушильный тракт с турбулизатором 17, При этом за счет интенсивной передачи тепла материалу ленты 1 температура ее повышается, что особенно важно при начальных условиях формирования слоя пленки, политой из фильеры 4, так как на этом участке ленты 1 необходимая для испарения растворителей энергия отнимается от пленкообразующего раствора и ленты 1, Температура пароазотной смеси при прохождении всего канала снижается от 200 до 60 - 70 С за счет интенсивной передачи тепла к поверхности ленты 1. Поток пароазотной смеси отсасывается через пэтрубок 23 и подается в калорифер для нагрева до вновь требуемой температуры, Благодаря высокой интенсивности теплообмена происходит быстрое удаление паров растворителя из пленки, а, следовательно, повышается производительность устройства; Основная предпосылка повышения интенсивности теплообмена в данном устройстве для изготовления пленок из полимерных материалов сводится к следующему.Течение паровоздушной смеси подиффузору при положительном градиенте давления) сопровождается ростом турбулентности потока. При этом происходит интенсификация теплообмена. Течение в конфузоре (при отрицательном градиенте давления) связано с уменьшением интенсивности теплообмена из-за прекращения генерации турбулентности и вырождения остаточной турбулентности. В случае течения пароазотной смеси в канале, представляющем собой последовательное чередование диффузоров, энергия турбулентности, накопления потоком в диффузоре, может быть полезно использована в конфузоре.Таким образом, в результате внесения в поток неоднородностей по давлению представляется возможным интенсификации теплообмена в таких каналах, Неоднородность пленки по толщине уменьшается за счет увеличения степени. сушки сформировавшейся пленки на верхней ветви металлической ленты 1, Это достигается увеличением интенсивности теплообмена в каналах типа конфузор-диффузор. Известно однако, что турбулентность потока в диффузорной 5 части повышается, а в конфузорной падает причем общий уровень турбулентности в пристеночном слое оказывается более. высоким. чем в гладком канале, Увеличение турбулентности потока по предлагаемому 10 устройству в конфузорной части достигается за счет стенки конфузора 26 с формой в виде синусоиды с шагом 360 мм. В этом случае изменение продольных градиентов давления потока в канале конфузора 26 при водит к появлению знакопеременного поперечного градиента давления. Под влиянием последнего происходит непрерывный тепло- и массообмен с пленки отливочного полимерного материала. Эффект увеличения 20 интенсивности теплообмена в 1,5 раза обуславливается повышением пристенных скоростей и турбулизацией, Использование турбулизаторов сокращает время процесса пленкообразования за счет увеличения 25 скорости испарения растворителей. Это позволит на нижней части ветви ленты 1, способной к деформации, закончить переход полимера из раствора в стеклообразное состояние без ухудшения свойств пленки по 30 физико-.механическим характеристикам, При равной скорости движения паровоз- душной смеси в канале верхней ветви : ленты 1 ч = 2,5 м/с интенсивность тепло- обмена определяется числом Нуссельта:35титаэкВМо - в -ат в . Отношение интенсианостеи теплообмена в канале с турбулизатором и без него составляет --- 3 работ б 300Кар 100 40 .за, при Яе = 6,3 10 для верхней ветви ленты41.Аналогично для нижней ветви ленты 1 при равной скорости движения потока и = 5,5 м/с, отношение интенсивностей 45 теппообиена равно- в "а в = - 2 рай От б 400Ицо 200за при йе =10, гдеа - коэффициенттеплоот 5дачи от паровоздушной смеси к поверхности2. , 4 аЬ 50пленки (Вй/м К); бэкв - 2 +2 а+Ьширина и высота канала, м; А - коэффициент теплопроводности паровоздушной смеси Щ щ/моС).Экспериментальные исследования по теплообмену и гидравлическому сопротивлению в волнистых трубах показали, что каналы, представляющие собой.последовательность чередующихся конфузорных и диффузорных участков, можно классифицировать на два основных типа, имеющих различные протяженности конфузорного и диффузорного участков. Первый тип каналов имеет короткий диффузор 27 и длинный конфузор 28, причем длина конфузорного участка в два раза длиннее диффузорного Второй тип каналов имеет короткий конфузор и длинный диффузор, В предлагаемом устройстве над поверхностью отливаемой пленки в канале установлены турбулизаторы 14 и 15, принадлежащие к первому типу указанной классификации. Средний уровень теплообмена турбулизаторов первого типа в соответствии с данными величинами, по турбулентности выше, чем для второго. типа примерно на 18 - 20 . Но при этом гидравлическое сопротивление турбулизаторов 14 и 15 выше на 35 - 400 , чем для турбулизаторов 16 и 17, так как при использовании короткого диффузора 26 и 27 с большим углом раскрытия (угол равен 14 ) наблюдаются более интенсивные вихреобразования. Разность температур между температурой пароазотной смеси и температурой ленты 1 (1 - Щ для турбулизаторов 16 и 17 составляетЬт 1 а,1 т= --- иа - . =50 С, 100+ 200 50+ 150для турбулизаторов 14 и 15 составляет120+ 50 70+ 30Лт 14.1 е = - нс -- нс - = 35 С,Представляется целесообразным с энергетической точки зрения установить на турбулизаторах 16 и 17. синусоидальную форму поверхности на длинном диффузорном участке. Таким образом, повышение интенсивности теплообмена обуславливается в большей мере на 70 - 80 за счет турбулизации потока. При этом отсутствует разное возрастание гидравлического сопротивления, Общее количество тепла, необходимое для передачи пароазотной смеси к поверхности металлической ленты 1, обеспечивается более высокой разностью температур с- Щ = 50 С. Для турбулизаторов 14 и 15 обеспечивающих интенсификацию теплообмена от потока воздуха к поверхности полимерной пленки на более высоком уровне, чем турбулизаторы 16 и 17, экономически целесообразна установка синусоидальной формы поверхности на длинном конфузорном участке. При этом существенно возрастает турбулентность потока, интенсивность теплообменаи, как следствие роста интенсивных вихре- образований на коротком диффуэорном участке, гидравлическое сопротивление турбулизаторов 14 и 15 на 40% выше, чем для турбулизаторов 16 и 17, Более низкая разность температур с- (Э) =. 35 С компенсируется более высоким значением интенсивности теплообмена в 1,3 - 1,4 раза,Проведенный расчет процесса сушки триацетатцеллюлозной смеси в устройствах для изготовления пленок иэ полимерных материалов по предлагаемому изобретению показывает, что оптимальная скорость отлива основы для устройства с длиной металлической ленты 30 м составляет 8 м/мин, притолщине слоя 140 мкм; а для устройств с длиной ленты 50 м скорость отлива увеличивается до 15-16 м/мин, что в 2 - 3 раза превышаетзначение по отношению к прототипу,Для того, чтобы увеличить производительность устройства в 2 раза, не изменяя теплового и временного режимов формования и высушивания пленки, необходимо удвоить длину металлической ленты 1, Это справедливо по отношению к прототипу.По предлагаемому изобретению за счет установки в сушильный тракт турбулизаторов, имеющих рациональную геометрию поверхности, при прочих равных с прототипом условиях, увеличение коэффициента теплообмена в 2 - 3 раза позволит добиться увеличения производительности в 2 раза без удвоения длины металлической ленты.При одинаковом расходе сушащего агента; входящего в патрубок 20 и выходящего из патрубка 23, интенсивность тепло- обмена в соответствии с формулой йц меняется только за счет изменения высоты канала Ь. Так как угол наклона конфузора идиффузора выбираются оптимальными и неменяются, то высота канала Ь изменяетсятолько за счет расстояния продольной перегородки до поверхности бесконечной ленты. В нижней части ленты 1 скорость потока,проходящего через поперечное сечение канала, 31 = а 1 х Ь 1 составляет 5-6 м/с, а вверхней части ленты 1 скорость потока, проходящего через поперечное сечение канала, Я 2 = а 2 х Ь 2 составляет 1,5 - 2 м/с. Следовательно, при равной ширине канала а величина значения Ь 2 больше Ь 1 в 3 раза, т,е, соответственно расстояние продольных перегородок 6 и 7 от оси устройства различно.Таким образом, для нормальной работы устройства необходимо, чтобы в конструкциисодержалось не менее двух и родольных перегородок.Расположение патрубков, обеспечивающее перемещение сушащего агента противотоком по отношению к бесконечной510 15 20 25 30 35 40 45 50 ленте, имеет преимущественное эначение.и с точки зрения теплообмена, и с технологической, так как в месте расположения филь- еры 4, подающей раствор на ленту, температура сушащего агента должна снизится с 70-80 до 48 С во избежание кипения раствора, Это обеспечивается только противоточной системой подачи сушащего агента.Для выравнивания поля влажности потолщине полимерной пленки за счет явления.термовлагопроводности и тем самым улучшения ее физико-механических свойств (уменьшение скручивания, увеличения ударной прочности, уменьшения термостатной усадки) в предлагаемом устройстве противоположно конфузорному участку наружного тракта размещен диффузорный участок синусоидального канала внутреннего участка, При этом максимальная величина локального теплообмена, действующего с наружного участка тракта, смещена по отно- шению к внутреннему,и тем самым устраняется локальный перегрев с обоих сторон пленки полимера, Таким образом, интенсивность теплообмена для верхнего и нижнего участков ленты примерно равны и по величине в 4 - 5 раз выше, чем для осевого потока, Эффективный, равномерный прогрев бесконечной ленты с внутренней и рабочей сторон способствует выравниванию поля влажности па толщине полимерной пленки, уменьшению скручиваемости и повышению производительности устройства, благодаря оптимизации и интенсификации процесса.Формула изобретения Устройство для изготовления пленок изполимерных материалов, содержащее герметичный корпус, отливочный узел в виде .фильеры и бесконечной ленты, огибающей ведущий и ведомый барабаны, нагнетающие и отсасывающие патрубки сушащего .агента, наружные сушильные тракты, образованные стенками корпуса и рабочей поверхностью бесконечной ленты и снабженные турбулизаторами в виде пластин различной длины, смонтированными с образованием конфузорно-диффузорных участ,- ков, и внутренние сушильные тракты с установленной между барабанами основной продольной перегородкой с отверстиями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности устройства и улучшения физико-механических 55 свойств пленок за счет интенсификациипроцесса теплообмена, внутренние сушильные тракты снабжены дополнительной продольной перегородкой с отверстиями, размещенной параллельно основной, и турбулизаторами в виде пластин различной1740193 10 Уб Составитель Л. КольцоТехред М,Моргентал едактор Ю. Серед ректор М, Демчик Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 2040 ВНИИ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага 01 длины, образующих конфузорно-диффузорные участки с внутренней поверхностью бесконечной ленты, причем конфузорные участки наружных сушильных трактов и расположенные противоположно им диффузорные участки внутренних сушильных трактов выполнены в виде волнистых синусоидальных каналов.5