ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПРОДУКТА ИЗ ЛЕГКОПЛАВКИХ ВЕЩЕСТВ И КАПЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Группа полезных моделей относится к химическим технологиям, а именно, к устройствам для получения гранулированных продуктов из расплавов химических легкоплавких веществ.
Технологическая линия в целом и ее составная часть - каплеобразователь, могут быть использованы для получения гранулированных продуктов из веществ или смесей веществ с температурой плавления от 50 до 100°С, таких, например, как воски, парафины, клеи-расплавы на основе полиамида, этиленацетата, смолы (акриловые, полиамидные). В том числе, группа полезных моделей может использоваться для получения среды для заливки срезов животной и растительной тканей с целью их микроскопического исследования. Заливка делает ткань прочной, предотвращает ее раздавливание и заминание при резании, дает возможность получить тонкие срезы стабильной толщины. Наиболее распространенная среда для заливки - парафин.
Известна технологическая схема получения содержащих лекарственное вещество восковых матричных частиц (патент RU №2443406, 2012), связанная с использованием экструдера, имеющего распыляющую насадку, и дополненного камерой гранулирования. Разгрузочное отверстие распыляющей насадки размещено внутри камеры гранулирования. Формирование гранул происходит в газообразной среде. Готовые гранулы собираются в двух камерах: в одной, размещенной под камерой гранулирования, собираются гранулы, падающие под силой гравитации, а во второй, размещенной под вытяжным устройством для откачки воздуха из камеры гранулирования - оставшиеся в откачанном воздухе.
Данная технологическая схема из-за использования экструдера является конструктивно сложной, достаточно дорогостоящей и не позволяет оперативно изменять форму и размер гранул продукта: требуется замена основного вала, что невозможно без разборки пола под установкой.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является технологическая схема приготовления гранулированного продукта для получения гистологической заливочной среды, описанная в патенте на полезную модель RU №96766,2010.
Технологическая схема включает реактор для смешения и плавления, накопительную емкость гранулятора, средство перемещения расплава между реактором и накопительной емкостью гранулятора, распылитель (каплеообразователь) гранулятора, обеспечивающий формирование капель расплава, емкость с ламинарным потоком воды, фильтры, средство перемещения образованных гранул (конвейер) с устройством вакуумного обезвоживания гранул для первичной дегидратации, линию окончательной сушки полученного гранулированного продукта. Гранулирование расплава осуществляется методом каплепадения на ламинарный поток воды.
Данная технологическая схема предназначена для приготовления гранулированного продукта только из одного исходного вещества - парафина. Процесс приготовления не экономичен и не экологичен, так как жидкость для охлаждения не используется повторно, а просто сливается. С помощью данной линии невозможно регулировать форму и размер гранул, система охлаждения малоэффективна, что сказывается на стабильности качества гранулированного продукта.
Задачами, на решение которых направлена полезная модель «Технологическая линия приготовления гранулированного продукта из легкоплавких веществ», являются разработка технологической линии для приготовления гранулированного продукта из расплавов расширенного ассортимента химических легкоплавких веществ, в которой используется простое стандартное оборудование, повышение экологичности процесса гранулирования.
Технические результаты заключаются в повышении качества образованных гранул по их форме и идентичности размеров, в снижении эксплуатационных расходов.
Указанные технические результаты достигаются тем, что технологическая линия приготовления гранулированного продукта включает плавитель для смешения и плавления веществ для переработки, снабженнный отводным патрубком в нижней части, средство перемещения расплава, каплеобразователь, рабочую емкость с жидкостью для их охлаждения, средство перемещения образованных гранул, систему окончательной обработки продукта, накопительную емкость для жидкости для охлаждения, размещенную под средством перемещения гранул, холодильник и средство перемещения жидкости для охлаждения, при этом рабочая и накопительная емкости, средство перемещения жидкости для охлаждения и холодильник, соединенные трубопроводами, образуют систему рециркуляции жидкости для охлаждения капель расплава, а в качестве жидкости для охлаждения используют жидкость близкую по плотности к расплаву гранулируемого вещества.
Повышение качества образованных гранул по их форме и идентичности размеров, снижение эксплуатационных расходов достигаются за счет появившейся возможности прецизионной регулировки температуры и скорости циркуляции жидкости для охлаждения, которую обеспечивает система рециркуляции жидкости для охлаждения и использование в качестве жидкости для охлаждения жидкости близкой по плотности к расплаву гранулируемого вещества. В качестве жидкости для охлаждения, например, при гранулировании парафина экономически целесообразнее использовать воду, а качество гранул лучше при использовании глицеринов или этиленгликолей. Наличие этих же признаков определяет и возможность переработки различных легкоплавких химических веществ.
Средство перемещения образованных гранул может быть выполнено в виде ленточного конвейера, лента которого представляет собой сетчатый фильтр. Такое конструктивное решение позволяет более качественно осуществить первичную дегидратацию гранул.
Линия окончательной обработки продукта может быть выполнена в виде наклонного цилиндра, вращающегося в разных направлениях, и снабжена устройством для сушки гранулированного продукта конвекционным методом. Такое конструктивное решение позволяет придать гранулам более округлую форму и удалить остаточные пары жидкой среды нагретым воздухом, проходящим через гранулы противотоком.
Известен каплеобразователь гранулятора, включающий емкость для расплава гранулируемого материала с днищем в виде перфорированной обогреваемой плиты, выполненной из двух параллельно расположенных перфорированных листов с системой соосных отверстий, в которых закреплены трубки, служащие каналами для истечения расплава (Патент RU) №2302286, 2007).
Недостатками данного каплеобразователя являются невозможность регулирования размера и формы капель расплава, низкая производительность.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения капель расплава, содержащее емкость цилиндрической формы с патрубком для ввода расплава и плоским днищем с запрессованным в нем вертикальными стержнями с заостренными нижними концами. Днище выполнено из пористого материала, структура которого образует систему выводных каналов. Расплав, продавливаясь через поры днища, скапливается на стержнях и каплями стекает вниз (Авторское свидетельство СССР №626805, 1978).
Недостатками данного устройства являются невозможность регулирования размера и формы капель расплава, низкая производительность.
Задачами, на решение которых направлена полезная модель «Каплеобразователь», является разработка каплеобразователя для гранулирования из расплавов повышенной производительности.
Технические результаты заключаются в предотвращении образования наплывов расплава на выходных патрубках и корпусе емкости для расплава, в повышении производительности.
Указанные технические результаты достигаются тем, что каплеобразователь включает емкость для расплава веществ в форме горизонтального цилиндра с круговым или эллипсовидным сечением, имеющую по крайней мере один патрубок для ввода расплава, выводные каналы для истечения расплава, выполненные в виде патрубков и стержни, установленные в полости емкости для расплава таким образом, что один их конец закреплен в верхней части корпуса емкости для расплава, а другой выходит через соосный выводной канал, при этом в верхней своей части стержни выполнены с возможностью вращения, а на нижнем конце стержней под выводными каналами закреплены диски.
Выводные каналы, выполненные в виде патрубков и диски, установленные под ними, позволяют предотвратить слияния струи расплава и образования наплывов при падении напора расплава в конце работы. Стекающий с стержня расплав попадает на диск, что позволяет одновременно образовать не одну каплю расплава, а несколько, что повышает производительность каплеобразователя.
Гранулы заданных форм и размеров формируются с помощью стержня с закрепленным на его нижнем конце диском. При помощи стержня, который имеет возможность вращения, изменяется расстояние между выводными каналами и дисками, что и позволяет изменять размер гранул от 1 до 8 мм.
Патрубки выводных каналов в нижней своей части могут быть снабжены наружными плоскими кольцами, установленными параллельно дискам под выводными каналами и имеющими диаметр равный диаметру дисков. Установка плоских колец на патрубках выводных каналов увеличит диапазон регулировки размеров гранул, а также не позволит брызгам от капель расплава, падающим на диск под выводным каналом, попадать на корпус емкости для расплава, что препятствут образованию наплывов.
Емкость для расплава может быть выполнена с двумя и более патрубками для ввода расплава. Выполнение емкости для расплава с несколькими патрубками для ввода расплава позволить обеспечить равномерное давление внутри нее, а также увеличить производительность каплеобразователя.
Емкость для расплава предпочтительней выполнить из материала высокой теплопроводности, например, меди или латуни с противопригарным покрытием. Это позволит выравнять температуру в любой точке каплеобразователя.
Сущность полезных моделей поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена технологическая линия для гранулирования химических легкоплавких веществ из расплавов, на Фиг.2 - каплеобразователь.
Технологическая линия приготовления гранулированного продукта включает плавитель 1, в котором производится плавление исходных компонентов и их механическое перемешивание. В нижней части плавителя 1 расположен отводной патрубок 2, через который удаляется осадок. По трубопроводу 3 расплав из плавителя 1 с помощью средства перемещения расплава - насоса 4 подается на каплеобразователь 5. Для регулировки давления установлено средство регулирования давления - вентиль 6. Охлаждение гранул производится в жидкой среде, находящейся в рабочей емкости 7. Из рабочей емкости 7 гранулы и жидкая среда попадают на средство перемещения образованных гранул 8, проходя через который жидкая среда стекает в накопительную емкость 9, а гранулы - на линию окончательной обработки продукта, состоящую из наклонного цилиндра 10, вращающегося в разных направлениях, и устройства для сушки гранулированного продукта конвекционным методом 11. Рабочая емкость 7, накопительная емкость для жидкости для охлаждения 9, холодильник 12, средство перемещения жидкости для охлаждения - насос 13, соединенные трубопроводами, образуют систему рециркуляции жидкости для охлаждения капель расплава.
На Фиг.2 представлен каплеобразователь. Расплав вещества для гранулирования через патрубок для ввода расплава 14 попадает в полость 15 емкости для расплава 16, а затем разделяется по выводным каналам 17. В полости емкости для расплава 15 установлены стержни 18, один конец которых закреплен в верхней части корпуса емкости для расплава 16, а другой выходит через соосный выводной канал 17. В верхней части на стержни 18 нанесена резьба, а на нижнем конце, под выводными каналами 17, закреплены диски 19. Патрубки выводных каналов 17 в нижней своей части снабжены наружными плоскими кольцами 20, установленными параллельно дискам 19 и имеющими диаметр, равнный диаметру дисков 19. Емкость для расплава 16 может быть выполнена с двумя и более патрубками для ввода расплава 14, что позволит выровнять давление по всей длине цилиндрической емкости для расплава 16. Количество и расстояние между отверстиями зависят от вязкости и температуры расплава. Размеры таких элементов каплеобразователя как полость емкости для расплава 15, выводные каналы 17, диски 19, кольца 20, стержень 19, определяются исходя из вязкости расплава.
Гранулирование химических легкоплавких веществ на технологической линии с использованием каплеобразователя гранулятора осуществляется следующим образом.
В плавитель 1 засыпают вещество или смесь веществ, предназначенные для гранулирования. В плавителе 1 происходит механическое смешения и плавление за счет нагрева корпуса емкости электрическими нагревательными элементами. Чтобы при плавлении продукта не происходило горение продукта, температура оболочки и температура продукта контролируется и корректируется системой термостабилизации. Твердые частицы, которые могут находится в исходном веществе, отделяются фильтром и сливаются через отводной патрубок 2. Приготовленный в плавителе 1 расплав подается по трубопроводу 3 под действием силы тяжести и с использованием насоса 4 на каплеобразователь 5, а именно, через патрубок для ввода расплава 14 попадает в полость 15 емкости для расплава, а затем по стержням 18 стекает через выводные каналы 17 и попадает на диски 19. Изменяя расстояние между дисками 19 и корпусом емкости для расплава 16 путем вращения стержня 18, в верхней части которого нанесена резьба, можно изменить диаметр капель, а, соответственно, и размер гранул готового продукта за счет изменения силы поверхностного натяжения. Установка в нижней части патрубков выводных каналов 17 параллельно дискам 19 установлены наружные плоские кольца 20. С каплеобразователя 5 капли расплава поступают в рабочую емкость 7, заполненную жидкой средой. Охлаждение гранул происходит в жидкой среде близкой по плотности к гранулируемому веществу (вода, глицерины, этиленгликоли), температура и давление, которой поддерживаются с помощью системы рециркуляции, образованной рабочей 7 и накопительной 9 емкостями, средством перемещения жидкости для охлаждения 13 и холодильником 12, соединенных трубопроводами. Из рабочей емкости 7 гранулы поступают на средство перемещения гранул 8, выполненное в виде ленточного конвейера, лента которого представляет собой сетчатый фильтр, где происходит разделение полученных гранул и жидкой среды. Охлаждающая жидкость отводится от твердых гранул в накопительную емкость 9 и далее через холодильник 12 насос 13 возвращает жидкость для охлаждения в рабочую емкость 7. Готовые гранулы со средства перемещения гранул 8 поступают в наклонный цилиндр 10. При вращении наклонного цилиндра 10 гранулы трутся друг о друга и ссыпаются вниз. В противоток движению гранул устройство конвекционной сушки 11 нагнетает нагретый воздух, происходит дополнительная окончательная сушка гранул. Мелкие частицы материала отделяются с помощью фильтра. На выходе из цилиндра 10 гранулы ссыпаются непосредственно в упаковочную тару при ручной расфасовке либо в дозатор автомата по расфасовке и упаковке при автоматической расфасовке.
Фасовка продукта может осуществляться при непрерывном режиме работы на автоматической линии упаковки, осуществляющей расфасовку в заранее подготовленные мешки, взвешивание, заделку, этикетирование. При небольшом количестве продукта фасовка может осуществляться вручную.
Управление температурными режимами всех компонентов осуществляется с помощью PID контроллера. Контроллер интегрирован в общую цепь безопасности линии и позволяет производить удаленную диагностику и корректировку работы линии, в том числе удаленное отключение установки
Линия управляется одним рабочим. Может контролироваться удаленно. Все работы по производству и обслуживанию линии производятся согласно требованиям техники безопасности.
Были изготовлены и опробованы технологическая линия для гранулирования и каплеобразователь. Для гранулирования была использована парафино-восковая смесь в соотношении 80:20. Температура расплава устанавливалась в диапазоне 65-70°С.Емкость для расплава каплеобразователя изготовлена в виде горизонтального цилиндра с круговым сечением. Емкость имела 30 выходных отверстий, расположенных на расстоянии 2 см друг от друга, 3 входных патрубка. Диски и кольца имели диаметр 3 мм. В качестве жидкости для охлаждения использовалась вода. Производительность установки составила 300 кг продукта в сутки.
Полученный гранулированный из парафино-восковой смеси характеризуется следующими показателями: массовая доля масла не более 0,9%, запах отсутствует, массовая доля серы - отсутствие, массовая доля воды - отсутствие, массовая доля механических примесей - отсутствие, содержание фенола - отсутствие, Содержание бенз-а-пирена - отсутствие; Содержание фурфурола - отсутствие; содержание водорастворимых кислот и щелочей - отсутствие, пластичность - 83,5% (в прототипе, патенте RU96766 U1, пластичность гранулированного продукта составляла 82%).