Аппарат для массообменных процессов

(Ю (И)З(50 В 29 В 3 04 В 29 б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ По ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ЕТ СССРОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( 54)(57) АППАРАТ ДЛЯ ЯАССООБИЕННЫХПРОЦЕССОВ, содержащий горизонтальнорасположЕнный цилиндрический барабанс днищамй й патрубками для загрузки,и выгрузки материала, привод вращения .барабана относительно продольнойего оси и средства термостатирования,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения интенсивностимассообмена, иа днищах барабана, наих внутренней поверхности, выполненыграни треугольной формы, а на торцахбарабана - эизгагообраэные вырезы,образованные каждый равнобедреннымтреугольником с основанием, расположенным по укружности барабана, присоотношении высоты и основания. 1:2-1:5 и основания и диаметрабарабана 1:2"1:10, причем вырезы напротивоположных торцах барабана размещены симметрично, а вершины противолежащих треугольников расположенына одной, образующей поверхностибарабана, при этом грани на днищахбарабана наклонены к продольной егооси и ограничены зигзагообразнымивырезами на торцах барабана.Изобретение относится к хнмичес- Поставленная цель достигаетсякому машиностроению, в частности тем, что в аппарате для массообменк устройствам для перемешивания ных процессов, содержащем гориэонполимерных материалов при проведении тально расположенный цилиндрическиймассообменных процессов (сушки), и барабан с днищами и патрубками дляможет найти применение при пронзвод загрузки и выгрузки материала, пристве, например, полиуретана. вод вращения барабана относительноИзвестен аппарат для массообмен- продольной его оси и средства термо"ных процессов-сушки полимеров, содер- статирования, на днищах барабана,жащий горизонтальный цилиндрический на их внутренней поверхности, выполбарабан, оснащенный плоскими крышка иены грани треугольной Формы, а иами, патрубками для загрузки и выг- торцах барабана - зигзагообразныерузки материалов и устройством для вырезы, образованные каждый равноВращения барабана вокруг горизон- бедренным треугольником с основанием,тальной оси. На внутренней стенке . расположенным по окружности барабабарабана вдоль образующих укреплен 15 на, при соотношении высоты и осноряд полок, которые расположены в вания 1:2-1 г 5 и основания и диаметрашахматном порядке так, что при вра- барабана 1:2-1:10, причем вырезы нащении барабана гранулы высушиваемоГопротивоположных торцах барабана разматериала не перекатываются вдоль . мещены симметрично, а вершины простенок барабана, а пересыпаются с тиволежащих треугольников расположеодной полки на другую Ц . ны на одной образующей поверхностиНедостатками этого аппарата явля- барабана, при этом грани на днищахются низкая эффективность перемешива" барабана наклонены к продольнойния при проведении массообменных . его осии ограничены зигзагообраз.процессов вследствие отсутствия пе- . ными вырезами на торцах барабана.ремешивания материала .в осевом нап Данное выполнение аппарата обесравлении, зарастание и трудностьпечивает интенсивную.тангенциальнуюочистки. внутренних поверхностей . и осевую циркуляцию обрабатываемогостенок барабана и полок при перера-в нем полимерного материала.ботке полимерных материалов, склон- На фиг. 1 показан аппарат, общийных к осмолению, подвулканизации, 30 вид, на фиг, 2 - вид А на фиг1;. "коагуляции, например долиэфиров, на фиг 3 -. днище барабана, нарастворов каучуков, латексов. Поэто- фиг, 4 - сечение В-Б на фиг. 1 наму такойаппарат находит примене- фиг. 5 - обечайка барабана, на фиг. 6 .ние только при переработке инертных и 7 - грани на днищах вариантыматериалов. 35 выполнения),Наиболее близким по технической. Аппарат дяя массообменных процес-сущности и достигаемому результату сов содержит горизонтально располок изобретению является аппарат . женный барабан 1, выполненный иэ.для.массообменных процессов, содер- двух цилиндрических обечаек с фланжащий горизонтально расположенный цами соединенных. болтовым соедине 40 .фцилиндрический барабан с днищами . .вием 2. Барабан 1 снабжен днищами 3,:и патрубками для загрузки и выгРУзки . патрубКом 4 для загрузки и патрубкомматериала, привод вращения барабана 5 для выгрузки материала и соедиотносительно продольной его оси, нен с приводоМ для вращения баран средства термостатирования, КРоме бана 1 относительно продольной еготого, по внутренней поверхности ба оси, выцолненным в виде,.например,рабана установлены винтообразныеклиноремеиной передачи 6, Барабан 1лопасти, обеспечивающие осевое пеРе- имеет подшипниковый узел 7 средмещение обрабатываемого материала Я . ства термостатирования в виде нагОднако. в таком ацпарате не Обес- ревателя 3 и может. быть смонтированпечивается интенсивный массобмен 50 в вакуум-камере 9, снабженной штупри переработке полимерных матерна- цером 10 дйя соедйнения с вакуумлов, так как затруднено движение насосом не показан).в тангенциальномнаправлении, ограни- .ченное винтообразными лопастями, . Цилиндрическйе обечайки баРабанаНедостатком этого аппарата является 55 1 имеют на торцах зигзагообразныетакже зарастание и трудность очистки вырезы 11, Вырезы 11 выполнены ввнутренних поверхностей стенок бара- . виде равнобедрейных треугольников сбана и винтообразных лопастей при основанием, расположенным на окружпереработке полимерных материалов, ности барабана, отношением высоты ксклонных к осмолению, поцвулкани- основанию 1:2"1:5 и отношением осзации, коагуляции, например полиэ нования к диаметру барабана 1:2-1:10,фиров, растворов каучуков, латексов, причем обращенныеот торцов вершинычто также снижает интенсивностьпротиволежащих треугольников лежатмассообмена. на одной образующей поверхности ба-Цель изобретения - повышение рабана 1, а вырезы напротивоположныхинтенсивности массообмена. 65 торцах барабана 1 размещены оиммет50 55 60 65 рично, На днищах 3 барабана 1 поих внутренней поверхности выполненыграни 12 треугольной Формы, поверхности которых наклонены к продольной оси барабана 1 и ограниченызигзагообразными вырезами 11 наторцах барабана 1. Зигзагообразныеграни 12 на днищах 3 выполненылибо штамповкой из листового материала (фиг 1 и 2), либо механическойобработкой, например фрезеровкойтолстостенных днищ (фиг. 3) .В зависимости от угла наклонамежду линией, соединяющей вершинытреугольных вырезов 11 с продольнойосью барабана 1 и ограничивающейграни 12, который составляет 90-30днища 3 могут иметь грани 12 попериферии примыкающие к вырезам 11,и плоскую среднюю часть при угленаклона меньше 90 (фиг, 2 и б) иливграни 12 по всей поверхности приугле 90 (Фиг,.7),Аппарат для массообменных процессов работает следующим образом,Через патрубок 4 в аппарат загружаются перерабатываемые полимерныематериалы. С помощью клиноременнойпередачи б барабан 1 приводится вовращение вокруг горизонтальной продольной оси. Скорость вращенияустанавливается такой, чтобы перерабатываемый материал, увлекаемыйстенками цилиндрического барабана 1,поднимался вверх, а затем под действием силы тяжести стекал вниз(Фиг, 4). При этом обеспечиваетсяперемешивание перерабатываемогоматериала в тангенциальном направлении, Перемешивание перерабатываемогоматериала в осевом направлении осу. -ществляется благодаря наличию зигзагообразных вырезов 11 и граней 12,Развертка внутренней поверхностибарабана представляет собой ограниченный днищами 3 канал, имеющийпеременное сечение,При течении жидкого полимерногоматериала по каналу с переменнымсечением образуются вторичные токи(вихри), обеспечивающие эффективное перемешивание перерабатываемогоматериала в осевом направлении,Выгрузка обработанного материалапроизводится через патрубок 5,Предлагаемый аппарат предназначендля проведения массообменных процессов: сушки жидких олигомеров и полимеров, дегазации, гомогенизации ит.п.В табл. 1 приведено обоснованиевыбора геометрической формы и размеров аппарата для массообменныхпроцессов при сушке (обезвоживании) полиэтиленадипината (ПЭ)приследующих условиях: диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, масса ПЭ1 кг, начальная влажность ПЭ 0,5,5 10 15 20 25 ЗО 35 40 конечная влажность ПЭ 0,03, температура 120 С, давление 20 мм рт.ст,Из табл. 1 видно, что выполнениеторцов цилиндрического барабана 1с зигзагообразными вырезами 11 ввиде равнобедренных треугольников сотношением высоты к основанию 1:2-1:5 иотношением основания к диаметру барабана 1:2-1:10 и выполнение граней 12 наднищах 3 обеспечивает сокращениевремени сушки ПЭ до 3 раз по сравнению с известным Я аппаратом.Это объясняется интенсивной тангенциальной и осевой циркуляциейвнутри потока жидкости в предлагаемом аппарате для массообменныхпроцессов.Выполнение. торцов цилиндрическогобарабана 1 с геометрическими размерами и днищ 3 с гранями 12, выходящими за укаэанные пределы, приводитк увеличению времени сушки вследствие уменьшения осевой циркуляциивнутри потока жидкости,В табл, 2 приведены данные по эфФективности перемешивания на примересмешения полиэтиленадипината (1 кг) итолуилендиизоцианатом (0,2 кг) приполучении полиуретанов,при этомначальная концентрация изоцианатныхгрупп Шна = 10 мас., диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, времяперемешивания 15 мин, Оценку эффективности перемешивания производятпо определенному титрованием максимальному разбросу изоцианатных групп( Ь И 1) в пробах, взятых из разныхчастей барабана, при этом в количественном отношении эффективность перемешивания принимается равной 100,если Ь И 1 не превышает 0,1, т,е,находится - пределах точности определения изоцианатных групп, Если Ь ИГбольше 0,1, то количественно качество перемешивания рассчитываетсяпо ФормулеИ 1 нач дИГ:-100ИГнаИз табл, 2 видно, что выполнение торцов барабана 1 с зигзагообразными вырезами 11, представляющими собой равнобедренные треугольники с основанием, .совпадающим с окружностью барабана 1, с отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основания к диаметру барабана 1 г 2-1:10 с днищами 3, имеющими прилегающие к вырезам 11 на цилиндрической.поверхности барабана 1 гранями 12, поверхности которых .образованы линиями вырезов 11 на торцах барабана 1 и линией, соединяющей вершины треугольников с продольной осью барабана 1 и наклоненной к образующей цилиндрие ческой поверхности под углом 30-90 обеспечивает эффективное перемешива10540 б 5 нне и эффективность сушки. Выход эа указанные пределы, показывает, что эффективность перемешнвания и сушки, т.е. эффективность массообменных процессов, резко падает.При использовании известного аппа рата емкостью 1 л при скорости вращения мешалки 120 об/мнн, времени сушки 1 кг полиэтиленаципината 80 мин из-за неудовлетворительной сушки Отношение основания Время сушкитреугольника к полиэтиленадипината, диаметру барабана мин Отношение высотытреугольника коснованию Известный 2 65 Предлагаемый 22 1 г 2 1 г 5 1 г 3 1 г 5 20 1 г 5 1 г 2 1 г 3 1 г 10 24 1 гЗ 1 г 3 1 г 1 1 г 3 1 г 15 1 г 1 1 г 5 44 1 г 7 1 г 5 Таблица 2 Отношениеоснованиятреугольникак диаметрубарабана Отношениевысотытреугольника к основанию Ъ перемешивания Известный 2,б 9,7 Предлагаемый 1:2 1 г 5 0,082 100 0,10 100 1 г 3 1 г 5 1 г 5 Хг 5. 45 100 0,095 угол между линией, соединяющей вер.шины треугольных вырезов с продольной осью барабана полиэтиленаднпината часть изделий (до 20) нз полкуретана СКУ-ПФЛидет в брак. Экономический эффект только от сокращения брака (с 20 до 2) для цеха по выпуску изделий нз полиуретана СКУ-ПФЛпроизводительностью 15 т/г составляет (при цене 1 кг НУ-ПФЛ 20 руб) 54 тыс.руб.7 а б л и ц а 1 Качество перемешивания%45 1:2 1:3 0,087 0,098 100 1 з 3 1:10 100 45 1 з 3 6,2 38 1:12 1:3 7,3 27 1:1 45 1:5 5,8 42 45 1:7 1 5 5,2 48 1:2 1:5 30 100 0,99 1:5 90 1:2 0,87 100 1:2 2,2 78 1:5 100 1:5 1:2 2,8 72 Угол междулинией,соединяющея вершины треугольных вырезов с продольной осьюбарабана Отношениевысотытреугольника к основанию Отношениеоснованиятреугольникак диаметрубарабана Продолжение таблицы Качество перемещения В перемешиванияФе 94/16 Тираж 647 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж"35, Раушская иаПодпис аказ СР 4/5 иал ППП фПатентф, г. Ужгоро л Составитель Л, КольцоваРедактор Н. Швыдхая Техред А;ЗабинецКорре