ГРАНУЛИРУЮЩИЙ ШНЕКОВЫЙ ПРЕСС
PELLETISING SCREW EXTRUDER

Изобретение относится к переработке высококонцентрированных полидисперсных материалов с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности, низкой адгезионной способностью и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в химической (производство катализаторов, сорбентов и т.д.), пищевой (производство полупродуктов и сухих концентратов), сельскохозяйственной (производство комбикормов, макрокапсулированных семян), деревоперерабатывающей, строительных материалов, машиностроения и других..
Известен гранулирующий шнековый пресс (см. а.с. СССР № 363593, БИ № 4, 1973), предназначенный для гранулирования материалов с повышенной вязкостью.
К недостаткам гранулирующего шнекового пресса относятся: наличие "мертвых" зон перед формующей головкой; повышенное влияние пульсаций на формование массы; при перемещении формуемой массы, обладающей низкой адгезионной способностью, возможен проворот массы вместе со шнеком (срыв массы с рифов).
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является гранулирующий шнековый пресс, выбранный в качестве прототипа (см. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. Л., 1962, с.65), для переработки высококонцентрированных полидисперсных композиций с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности и низкой адгезионной способностью методом проходного прессования.
Гранулирующий шнековый пресс состоит из корпуса, втулки корпуса, шнека и многоканального пресс-инструмента. На втулке корпуса изготовлены рифы. Перемещение формуемой массы, обладающей повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности и низкой адгезионной способностью, шнеком из зоны загрузки к пресс-инструменту возможно только потому, что формуемая масса удерживается от проворота вместе со шнеком рифами, изготовленными на втулке, вставленной в корпус шнекового пресса.
Недостаток известного гранулирующего шнекового пресса: уменьшение ограниченного запаса сдвиговой прочности массы в процессе перемещения ее к многоканальному пресс-инструменту до некоторого критического приводит к когезионному разрыву, то есть к срыву массы с рифов в наиболее напряженном аксиальном сечении: зазоре между ребордой шнека и рифленой втулкой.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая конструкция гранулирующего шнекового пресса, является повышение устойчивости процесса формования различных высокодисперсных композиций без изменения конструкции рифленой втулки, т.е. уменьшения количества вынужденных остановок пресса из-за срыва массы с рифов и связанное с этим уменьшение потерь сырья и энергии, а также увеличение производительности гранулирующего шнекового пресса.
Указанный технический результат достигается изготовлением гранулирующего шнекового пресса для переработки высококонцентрированных полидисперсных композиций с повышенной вязкостью, ограниченным запасом сдвиговой прочности и низкой адгезионной способностью, включающего корпус, содержащий размещенную в корпусе втулку с рифами на ее внутренней поверхности, изготовленными трапециевидной формы узким основанием наружу и заполненными упругими вкладышами, шнек и многоканальный пресс-инструмент.
Гранулирующий шнековый пресс (фиг.1) состоит из корпуса 1, рифленой втулки с рифами на ее внутренней поверхности, изготовленными трапециевидной формы узким основанием наружу и заполненными упругими вкладышами 2, шнека 3 и многоканального пресс-инструмента 4.
На фиг.2 представлена втулка корпуса 2 с трапециевидными рифами и упругими вкладышами, заполняющими рифы. В сечении А-А (фиг.2) показано расположение рифов на внутренней поверхности втулки, а на виде В (фиг.3) - поперечное сечение рифа и вкладыша. На фиг.4 представлена конструкция рифленой втулки 2 в аксонометрической проекции.
Вкладыши могут быть изготовлены из различных упругих материалов: резины каучуковой и силиконовой, высокоэластичных полимеров, например полиэтилена и других.
Трапециевидная форма рифа «закрытого» (узким основанием трапеции наружу - фиг.3) надежно удерживает вкладыш без дополнительного крепежа и допускает при этом его свободное перемещение вдоль рифа для замены при ремонте и обслуживании. Такое крепление способствует также оперативной замене вкладышей при переходе на формование другого вида высокодисперсной композиции на том же оборудовании.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Формуемая масса перемешается в корпусе пресса 1 с втулкой 2 (фиг.1) шнеком 3 из зоны загрузки к многоканальному пресс-инструменту 4. При вращении шнека перед набегающей стороной реборды шнека в канале, зазоре и рифе образуется область волнообразного повышения давления, а за убегающей стороной реборды - область волнообразного понижения давления. Эта разность давлений образует рецикл (поток утечек) в рифах и зазоре. За фазой сжатия упругих вкладышей и заполнения свободного пространства рифа массой в области повышенного давления следует фаза упругой реакции вкладышей и выталкивания свежей массы из рифа в область пониженного давления. При этом свежая масса периодически по ходу вращения шнека вытесняет из зазора массу, отработавшую свой ресурс прочности, в менее напряженную зону канала шнека, где она релаксирует, восстанавливая запас прочности. Интенсивность релаксации значительно повышается смешивающим циркуляционным потоком массы в каналах шнека.
Таким образом, радиальные потоки массы, образуемые волнообразной упругой реакцией вкладышей, активно обновляют массу в зазоре между ребордой шнека и втулкой. Эти радиальные периодические потоки как «гвозди» сшивают массу в рифе и канале и таким образом увеличивают удерживающую способность рифа и, следовательно, повышают устойчивость формования.
По мере продвижения массы к пресс-инструменту 4 амплитуда волнообразного изменения давления и степень сжатия упругих вкладышей растет. Растет и поток утечек через риф, и следом за этим увеличиваются радиальные потоки в область относительно низкого давления в зазоре и канале шнека, т.е. степень обновления массы усиливается по мере продвижения массы к пресс-инструменту. Таким образом, проявляется эффект саморегулирования потока утечек и степени обновления массы с изменением напряженности в критическом сечении (зазоре).
Конструкция рифленой втулки за счет подбора вкладышей по твердости и упругости позволяет значительно расширить допустимый интервал формуемости различных по составу и физико-механическим свойствам перерабатываемых дисперсных композиций.
Изготовление рифов с упругими вкладышами на внутренней поверхности втулки корпуса значительно повышает устойчивость процесса формования дисперсных композиций, так как увеличивается ресурс сдвиговой прочности массы за счет более интенсивного ее обновления в зазоре между ребордой шнека и втулкой корпуса.
Изготовление рифов с упругими вкладышами на втулке корпуса усиливает также эффект смешения в каналах шнека и, следовательно, увеличивает структурную и температурную однородность массы, а также ее физико-механические свойства в каналах шнека, зазоре и рифах.
Использование предложенного гранулирующего пресса с втулкой, на внутренней поверхности которой изготовлены рифы с упругими вкладышами, предотвращает срыв массы с рифов в наиболее напряженном аксиальном сечении - зазоре между ребордой шнека 3 и рифленой втулкой корпуса 2, что повышает устойчивость процесса формования, а это приводит к увеличению усредненной по времени производительности гранулирующего шнекового пресса на 20-30%, за счет частичной или полной ликвидации вынужденных остановов пресса по причине срыва с рифов; к уменьшению прямых потерь сырья и энергии при ликвидации последствий срыва с рифов; позволяет значительно расширить допустимый интервал формуемости различных по составу и физико-механическим свойствам перерабатываемых высокодисперсных композиций на том же гранулирующем шнековом прессе при легко выполнимой оперативной замене комплекта упругих вкладышей.