ПЛЕНОЧНЫЙ КОНТЕЙНЕР-СМЕСИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
FILM CONTAINER-MIXER (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к конструкции пленочного контейнера-смесителя, который предназначен для получения целевого продукта из отдельных компонентов. Контейнер состоит из нескольких (по числу компонентов) герметичных пленочных камер, соединенных между собой через устраняемую перегородку и в которых храняться до момента их смешивания исходные компоненты. Смешивание компонентов для получения конечного продукта проводят в общей камере, которую образуют путем устранения герметичной перегородки, методом встряхивания или взбалтывания в газовой среде.
Контейнер содержит также устройство для извлечения из него конечного продукта. К продуктам, которые целесообразно получать в таком контейнере, относятся продукты бытовой и промышленной химии, такие как двух- или трехкомпонентные системы для клеев, шпаклевок, герметиков, тепло- и хладозащитные пеноматериалы, пеноупаковка, пеноамортизационные материалы, малые строительные и кормовые смеси, искусственные почвы с/х назначения и садоводства, продукты питания и кормовые смеси, медикаменты с малым сроком хранения для применения в полевых и транспортных условиях и др. Малый срок сохранности и для других готовых к применению продуктов является существенным техно-экономическим условием для их хранения, производства и использования заявляемой конструкции пленочного контейнера-смесителя. Немаловажными факторами являются также необходимость ручного интенсивного смешивания исходных компонентов в полевых (внецеховых) условиях, сравнительная дороговизна целевых продуктов, не позволяющая мириться с потерями продукта и вязких компонентов на стенках жесткой тары, высокие транспортные расходы на доставку продуктов к местам потребления, простота и надежность утилизации опорожненного контейнера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение направлено на совершенствование конструкции пленочного котейнера-смесителя, заявленного нами ранее и который является, по нашему мнению, достаточно совершенным по сравнению с мировым уровнем техники ручного интенсивного смешивания плохо совмещающихся компонентов в пленочном контейнере.
Пленочный контейнер-смеситель состоит из соединенных между собой через устраняемую перегородку герметичных пленочных камер (по числу исходных компонентов для получения конечного продукта), которые содержат исходные компоненты, герметично отделенные друг от друга. При устранении указанной герметичной перегородки из пленочных камер образуют общую камеру смешивания. Смешивание проводят в газовой среде под некоторым избыточным давлением, которое необходимо для придания эластичной пленочной общей камере смешивания необходимой формоустойчивости (жесткости) с тем, чтобы процесс смешивания исходных компонентов был достаточно интенсивным, чтобы смешивание можно было проводить методом встряхивания или взбалтывания. Согласно этому изобретению газовую среду образуют путем заполнения ею, по меньшей мере, одной основной секции контейнера вместе с ее исходным компонентом или газом заполняют вспомогательную секцию.
Как показало опытно-промышленное использование этого изобретения при всем его совершенстве, оно все же имеет недостаток: приходится хранить и перевозить (занимая складской и транспортный объем) используемый в технологии интенсивного перемешивая газ (воздух).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции пленочного контейнера-смесителя, известного из нашего изобретения по указанной заявке на получение патента РФ и патентов иностранных государств. Усовершенствование относится к существенному сокращению складского и транспортного объема, приходящегося на технологическую газовую среду, а также к более точной дозировке разнообразных (нейтральных или активных) газообразных продуктов, подаваемых в общую камеру для придания ей требуемой формоустойчивости.
Согласно изобретению пленочный контейнер-смеситель, состоящий из соединенных между собой через устраняемую перегородку герметичных пленочных камер, содержащих исходные компоненты для получения целевого продукта путем их интенсивного ручного смешивания в газовой среде методом встряхивания или взбалтывания в общей камере, содержит в составе основных камер газовыделяющие продукты. Эти продукты способны выделять газ в общую камеру смешивания исходных компонентов до или в момент перемешивания исходных компонентов и в количестве, обеспечивающем формоустойчивость общей камеры и ручное смешивание исходных компонентов методом встряхивания или взбалтывания.
Газообразующие продукты выбраны из группы - терморазлагаемые вещества или их смеси, низкокипящие вещества или вещества, взаимодействующие между собой с выделением газообразных продуктов.
Или контейнер содержит дополнительные герметичные камеры. В этих дополнительных камерах находятся порознь вещества, способные образовывать при их смешивании газообразные продукты в количестве, обеспечивающем формоустойчивость общей камеры и ручное смешивание исходных компонентов методом встряхивания или взбалтывания. Дополнительные герметичные камеры соединены между собой и с общей камерой смешивания через устраняемые герметичные перегородки.
Или, как вариант решения поставленной задачи, контейнер-смеситель содержит одну дополнительную герметичную камеру, в которой находится терморазлагаемое или низкокипящее (легкокипящее) вещество, обеспечивающее при нагревании указанной дополнительной герметичной камеры (и соответственного этого вещества) выделение газообразных продуктов в количестве, достаточном для придания общей камере формоустойчивости и ручного смешивания исходных компонентов методом встряхивания или взбалтывания. Дополнительная камера соединена через устраняемую перегородку с общей камерой. Дополнительные камеры могут располагаться как в торце контейнера, в его устройстве для извлечения целевого продукта, так и между основными камерами, а также внутри одной из основных камер. В качестве исходных газообразующих веществ для заполнения основных или дополнительных герметичных камер согласно изобретению можно использовать практически любые пары твердых или жидких веществ, при смешивании которых выделяются газообразные продукты (отдельный газ или смесь газов), в условиях использования пленочного контейнера как при нормальной температуре, так и при повышенной или пониженной температурах. Ограничением является допустимая химическая активность газообразующих веществ и образуемого из них газа. Газ и исходные вещества для его получения не должны реагировать с исходными компонентами для производства целевого продукта и с самим целевым продуктом, если это взаимодействие является недопустимым или нежелательным или если контейнер не содержит описываемых ниже средств для предотвращения попадания в общую камеру жидких газовыделяющих продуктов. С другой стороны, если целесообразно использовать активную газообразующую систему, то можно подобрать ее исходя из поставленных задач. К исходным веществам для получения газообразных продуктов при необходимости могут быть добавлены вспомогательные вещества типа каталитических или ингибирующих систем, способствующих или тормозящих в заданных пределах выделение газа, а также поверхностно-активные вещества.
В качестве терморазлагаемых веществ можно использовать известные вещества, имеющие температуру разложения (распада) в пределах от +40°С до температуры возможного нагревания пленочного контейнера (порядка +80°С). Этот же диапазон температур должен соблюдаться и для низкокипящих веществ, если дополнительная герметичная камера или основная камера (камеры) пленочного контейнера заполняются таким низкокипящим веществом.
В качестве пар компонентов для образования газообразных продуктов можно использовать относительно сильную кислоту и соли угольной кислоты (карбонаты), или сильную кислоту и порошок металла (преимущественно алюминия), или соединения со свободными изоцианатными группами (изоцианаты и полиизоцианаты) и водные системы (воду) и другие, выбранные по известным специалистам газовыделяющим химическим реакциям.
В качестве терморазлагаемых веществ для образования газообразных продуктов можно использовать с соблюдением вышеуказанного ограничения как неорганические вещества типа углекислого аммония (температура разложения около 58°С) и кислого углекислого аммония (температура разложения в пределах 40-60°С) и другие, так и органические нетермостойкие соединения с указанной выше температурой разложения. Перечень соединений с температурой разложения от 40 до 80°С достаточен для практического использования (см. Справочник химика. Том 2 - изд. «Химия», Ленинград, 1967 г.).
В качестве низкокипящих веществ для образования их газовой фазы можно использовать широкий перечень органических веществ с температурой кипения в указанном диапазоне. Это - углеводороды (гексан/67-68, этилацетат/70-80, циклопентан/49-50, дихлорметан/40-42 и т.д.), простые и сложные эфиры (этилацетат/70-80, тетрагидрофуран/66-68, формальгликоль/65-85 и т.д.), альдегиды (ацетон/55-56, винилацетат/72-73, этилацетат/74-80, дихлорметан/40-42, четыреххлористый углерод/75-78 и т.д.), а также органические соединения, не имеющие строго определенного состава типа петролейного эфира/40-80. Спирты - метанол (64,5) и этанол (78,0) также применимы для указанных целей. Цифры в этом абзаце означают пределы кипения приведенных веществ технического качества. Перечень таких соединений можно найти в указанном выше «Справочник химика» (тома 1-6).
Количество применяемых для образования газообразных продуктов (газов) веществ определяют исходя из требуемого объема газа, который обеспечивает общей камере необходимую формоустойчивость для проведения процесса ручного интенсивного смешивания исходных компонентов методом встряхивания или взбалтывания. Эксперименты показали, что требуемый объем газа в общей камере для указанных целей составляет от 0,1 до 1,0 части от суммарного объема смешиваемых основных компонентов, используемых для получения целевого продукта.
Созданная в соответствии с настоящим изобретением конструкция пленочного контейнера смесителя (которую мы условно называем «Болтушка-М») позволяет сокращать складской и транспортный объем за счет многократной разницы в объемных весах газообразных и твердых (или жидких) продуктов. Для твердых и жидких продуктов, из которых согласно изобретению образовывают газ, требуется значительно меньший объем для их хранения и транспортировки в пленочном контейнере-смесителе. Точность дозировки и ассортимент газов, используемых для образования формоустойчивости общей камеры смешивания компонентов, также повышается.
С тем чтобы гарантированно предотвращать попадание в общую камеру (ручного смешивания исходных компонентов) нежелательных продуктов, из которых в дополнительных камерах (камере) образуют газ, суммарный объем камеры смешивания газообразующих вспомогательных веществ устанавливают не меньше, чем объем используемого газа. В этих условиях газ подается в общую камеру после того, как были полностью израсходованы газовыделяющие продукты. Вариантом решения указанной задачи предовращения попадания в общую камеру нежелательных продуктов является соединение общей камеры с дополнительными камерами (камерой) в виде «обратной воронки» с расширяющейся частью в сторону общей камеры, имеющей на узком торце устраняемую (хрупкую пленочную) перегородку-заглушку.
Достаточно практичным вариантом исполнения заявляемого контейнера является конструкция которой дополнительные камеры (камера) находятся в устройстве для извлечения целевого продукта, выполненного в виде сужающейся части общей камеры, и отделены от общей камеры через устраняемую перегородку.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 - приведена принципиальная схема-эскиз (в плане I и вид сбоку II) пленочного контейнера-смесителя заявляемой конструкции с двумя основными герметичными камерами (1 и 2) и двумя дополнительными герметичными камерами (3 и 4). В камерах 1 и 2 содержатся порознь (изолированно друг от друга) основные компоненты (А и Б), при смешивании которых в общей камере (1+2) образуют целевой продукт. В дополнительных герметичных пленочных камерах 3 и 4 содержатся порознь вспомогательные вещества (В и Г), при смешивании которых в дополнительной камере (3+4) образуют газообразный продукт. Последний при устранении дополнительной перегородки (8) попадает в общую камеру (1+2) и служит для проведения процесса ручного интенсивного смешивания компонентов А и Б методом встряхивания (при смешивании растворимого порошка и жидкости) или взбалтывания (при смешивании совмещающихся жидкостей и/или больших масс, вплоть до 12 кг, различных веществ). Формоустойчивость основной общей камеры (1+2) достигается за счет соответствущего количества газообразного продукта, находящегося в ней под некоторым избыточным давлением, подаваемого из объединенной камеры (3+4), или за счет сворачивания оконечной части пленочного контейнера со стороны дополнительных камер для создания необходимого избыточного давления газа. Процесс сворачивания подробно описан и проиллюстрирован нами в указанной предшествующей заявке.
На Фиг.2 - приведен эскиз заявляемого контейнера-смесителя, в котором дополнительные камеры 3 и 4 помещены в устройство для извлечения целевого продукта. А само это устройство выполнено в виде сужающейся части общей камеры. Общая камера (1+2) соеденена здесь с дополнительными камерами (3+4) с помощью вспомогательного устройства (11), выполненного в виде «обратной воронки» (высотой h) с расширяющейся частью в сторону общей камеры (1+2), и имеющей на своем узком торце, обращенном к дополнительным камерам (3+4), устраняемую перегородку (разрушаемую пленочную перегородку-заглушку). Выполнение выпускного канала для газа в виде обратной воронки с перегородкой позволяет в необходимых случаях (когда объем дополнительных камер меньше объема образуемого газа) предотвращать попадание жидкого газообразующего вещества в общую камеру (1+2).
1 и 2 - основные герметичные пленочные камеры, содержащие порознь основные компоненты А и Б. Камеры соединены через устраняемую извне механическую или хрупкую (способную к разрушению изнутри некоторым избыточным давлением) перегородку (7).
3 и 4 - дополнительные герметичные пленочные камеры, содержащие порознь вспомогательные вещества В и Г. Камеры соединены между собой через устраняемую (в данном случае хрупкую) перегородку и соединены с основной общей камерой через дополнительную герметичную перегородку (8), в данном случае также хрупкую.
5 - штуцер-устройство для вывода целевого продукта их пленочного контейнера -смесителя на месте его получения и использования.
6 - герметизирующий механический зажим или хрупкая перегородка, отделяющая камеру 1 и общую камеру (1+2) от выпускного штуцера 5.
7 - устраняемая герметизирующая камеры 1 и 2 перегородка.
8 - устраняемая дополнительная герметизирующая общую камеру(3+4) перегородка.
9 - устраняемая дополнительная герметизирующая камеры 3 и 4 перегородка.
10 - сварной шов, с помощью которого образуют пленочный контейнер-смеситель из накладываемых друг на друга листов пленочного материалов, в том числе дублированного.
11 - вспомогательное устройство, выполненное в виде «обратной воронки».
12 - перегородка между дополнительными камерами и основной камерой 2.
13 - выпускной канал для целевого продукта (вид сбоку).
h - высота вспомогательного устройства - «обратной воронки».
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поскольку авторами настоящего изобретения уже организовано опытно-промышленное производство пленочных контейнеров-смесителей базовой конструкции в соответствии с изобретением по нашей заявке №2006107426/12 от 10.03.2006 г., осуществление настоящего изобретения не представляет сколько-нибудь сложную инженерно-техническую задачу. Все исходные материалы имеются на российском рынке. Технология производства пленочных контейнеров отработана. Добавить к осуществленной конструкции пленочного контейнера одну или несколько дополнительных пленочных камер, содержащих вспомогательные вещества, также несложно.
В порядке эксперимента нами были изготовлены опытные образцы пленочных контейнеров-смесителей типового ряда для производства реакционной полиуретановой системы, которая предназначена для теплоизоляции стыков теплопроводов непосредственно в полевых условиях их прокладки.
Опытный образец пленочного контейнера-смесителя заявляемой конструкции схематично изображен на Фиг.1 Размеры контейнера, наполненного компонентами А (полиэфирный компонент) и Б (изоцианатный компонент, содержащий 30 мас.% свободных изоцианатных групп), составили (без учета двух дополнительных камер): длина - 530 мм и ширина - 125 мм при объеме заполнения его основных камер (1 и 2) компонентом А - 0,122 л и компонентом Б - 0,184 л.
Дополнительные камеры (3 и 4) выполнили размером: длина (по главной оси контейнера) - 10 мм и ширина - 125 мм. Устраняемые перегородки (8 и 9) выполняли хрупкими с помощью точечного нанесения краски на свариваемые поверхности 3-слойного гибкого материала (полиэтилен-алюминиевая фольга-полиэтилентерефталат) в местах образования перегородок. В качестве вспомогательных веществ для образования газообразных продуктов в дополнительные камеры помещали порознь компонент Б и воду (с добавкими третичного амина и поверхностно-активного вещества, также входящих в компонент Б) в количестве соответственно - 4,5 грамма и 0,7 грамма для образования 0,35 л углекислого газа.
Получение пеноматериала проводили нижеследующими технологическими приемами.
3
Надавливая руками на камеру 4, вскрывали (устраняли) герметизирующую перегородку 9 и методом передавливания вспомогательных веществ из камеры 4 в камеру 3 и обратно добивались перемешивания этих веществ и выделения углекислого газа. Затем снимали механический зажим 7, разделяющий камеры 1 и 2, и одновременно вскрывали перегородку 8. В результате общая камера (1+2) наполнялась углекислым газом под некоторым избыточным давлением. И далее методом взбалтывания содержимого (в образованной формоустойчивой общей камере) добивались требуемого перемешивания компонентов А и Б. Полученную реакционную смесь выпускали наружу через штуцер 5, предварительно сняв с него механический зажим 6. Получали пенополиуретан с кажущейся плотностью порядка 60 кг/м. Этот же эксперимент проводили в условиях, когда общая камера смешивания вспомогательных веществ (3+4) имела объем, равный 0,35 л (размеры - 125 мм × 60 мм) с тем, чтобы весь образуемый в ней углекислый газ до момента его выпуска в общую камеру (1+2) заполнял камеру (3+4), гарантируя полную конверсию исходных газообразующих веществ (изоцианата и воды).
Другой опытный пример осуществлен авторами изобретения для получения газированного сладкого напитка, для которого исходными компонентами являлась вода с добавлением питьевой соды и вторым компонентом являлась смесь сахарного песка и лимонной кислоты. Газообразующими веществами служили питьевая сода и лимонная кислота. Дополнительная камера не применялась, т.к. газообразующие вещества содержались в основных камерах и их взаимодействие осуществлялось в момент перемешивания всех компонентов - воды, питьевой соды, сахарного песка (последний требовал своего растворения методом встряхивания содержимого общей камеры) и лимонной кислоты.