УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО СУХОГО ВСПУЧИВАНИЯ ГРАНУЛ ПОЛИСТИРОЛА
DEVICE FOR CONTINUOUS DRY EXPANSION OF POLYSTYRENE GRANULES

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения из гранул полистирола (бисерного), содержащих изопентан и пентан, гранулированного пенополистирола, применяющегося в строительстве в качестве теплоизоляционных засыпок и плит, для изготовления пенополистироловых формованных изделий для теплоизоляции и упаковок, в качестве компонента композиционных формованных изделий, а также в литейном производстве для изготовления газифицируемых пеномоделей при литье по газифицируемым моделям (ЛГМ).
Известно устройство для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола, содержащее емкость с размещенным в ней вибрирующим поддоном и средством нагрева гранул в воздушной среде, в котором вибрирующий поддон выполнен с отогнутыми по периметру вверх отбуртовками, имеющими отверстия, края отбуртовок отогнуты по контуру наружу и прилегают с стенкам емкости, а средство нагрева гранул выполнено в виде системы принудительной рециркуляции воздуха через емкость, сквозь отверстия в отбуртовках поддона с электронагревателем воздуха, размещенным в емкости, в системе рециркуляции воздуха емкость снабжена стержневой мешалкой с механическим приводом, одним загрузочным и двумя выгрузочными патрубками (Патент №2160184 РФ, МПК B29C 67/20, B29C 44/02, B29B 13/02, B29B 9/16, 2000).
Основными недостатками данного устройства являются скопления, слипания гранул пенополистирола и заклинивания (заторы) в местах расположения выгрузочных патрубков, что приводит к остановке процесса и снижению производительности; система сортировки в виде двух разгрузочных патрубков не обеспечивает разделения гранул по размерам, что снижает качество получаемой гранульной продукции и не позволяет интенсифицировать процесс.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для порционного сухого вспучивания гранул полистирола, содержащее емкость и средство для сухого нагрева гранул в воздушной среде, которое снабжено горизонтальным жестким полигональным каркасом, установленным на валу с возможностью вращения, выполненным из прутков в виде сетки, имеющим в плоскости открытого торца направленную к центральной оси отбуртовку и выступы со скосами и уступами, закрепленными на краях с внутренней стороны в шахматном порядке, а емкость, расположенная внутри каркаса выполнена в виде перфорированного тонкостенного оребренного с внешней стороны контейнера цилиндрической формы с загрузочно-выгрузочным окном и перфорированной крышкой с возможностью вращения, качания и встряхивания, при этом средство нагрева выполнено в виде электровоздухонагревателя, обеспечивающего направленный поток горячего воздуха на перфорированный контейнер. При этом каркас может быть выполнен цилиндрической формы, а контейнер снабжен выступами, закрепленными снаружи и на краях в шахматном порядке (Патент на полезную модель №96062 РФ, МПК B29B 13/02, B29B 9/00, B29C 67/20, 2010).
Основными недостатками данного устройства являются усложненность конструкции, относительно невысокая производительность, обусловленная необходимостью периодической загрузки гранул бисерного полистирола и выгрузки гранул пенополистирола, неудобство выполнения этих операций, что затрудняет интенсификацию производственно-технологического процесса.
В этой связи важнейшей задачей является создание нового типа устройства для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола, пригодного для получения в промышленных условиях массового производства гранул пенополистирола заданных значений удельной плотности и размеров, однородного гранулометрического состава, несложной конструкции, высокопроизводительного, удобного в эксплуатации (обслуживании), позволяющего интенсифицировать технологический процесс.
Техническим результатом заявляемого устройства является создание нового устройства для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола с контейнером в виде вращающегося наклонного цилиндрического проходного барабана с загрузочным и выгрузочным узлами с использованием в качестве средства нагрева электровоздухонагревателя типа технического (промышленного) фена для формирования направленного горячего потока воздуха на проходной барабан, что обеспечивает интенсификацию технологического процесса получения высококачественного гранулированного пенополистирола заданных параметров.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола, содержащем контейнер и электровоздухонагреватель, формирующий поток горячего воздуха, контейнер выполнен в виде проходного барабана, закрепленного спицами-лонжеронами на карданном валу, соединенном через кардан с валом привода, установленного на подвижной опоре с возможностью вращения и регулирования наклона барабана, при этом барабан открытым торцом опирается на катки, один из которых выполнен в виде кулачка с радиальным скосом для обеспечения удара-встряхивания, и снабжен со стороны привода бункером-дозатором для загрузки гранул полистирола, а с противоположной стороны желобом для выгрузки гранул пенополистирола.
Причем на внутренней поверхности барабана закреплены с промежутками и чередованием в шахматном порядке поперечные перемычки и продольные радиальные выступы-гребки.
При этом открытые торцы барабана закрыты стенками, выполненными из прозрачного теплостойкого материала.
Создание устройства для непрерывного сухого вспучивания гранул бисерного полистирола с проходным барабаном, оснащенным механизмом наклона, встряхивания, узлами загрузки и выгрузки с использованием в качестве средства нагрева электровоздухонагревателя, формирующего направленный поток горячего воздуха на вращающийся барабан с непрерывно загружаемыми гранулами полистирола, позволит разработать новый интенсифицированный, высокопроизводительный, технологический процесс непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола, обеспечивающий получение в условиях массового производства высококачественного товарного гранулированного пенополистирола, готового сразу к применению, минуя операцию сушки, требующую дополнительных затрат.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола с тонкостенным проходным барабаном (главный вид, в разрезе), показаны основные конструктивные элементы и узлы; на фиг.2 - поперечное сечение I-I - крепление барабана спицами-лонжеронами к карданному валу; на фиг.3 - вид по стрелке «К» - опорные катки: круглый и в виде кулачка с радиальным скосом; на фиг.4 - продольный разрез барабана с крышкой, поперечными перемычками и продольными радиальными выступами-гребками; на фиг.5 - поперечное сечение II-II - расположение продольных радиальных выступов-гребков; на фиг.6 - поперечное сечение III-III - расположение поперечных перемычек; на фиг.7 - вид по стрелке «А» - передняя прозрачная стенка барабана с вырезом под выгрузочный желоб, ее крепления к неподвижному защитному экрану (кожуху); на фиг.8 - вид по стрелке «Б» - задняя прозрачная стенка барабана с вырезами под загрузочный бункер-дозатор и под карданный вал, ее крепление к неподвижному защитному экрану (кожуху).
Устройство состоит из контейнера, выполненного в виде проходного барабана 1, закрепленного спицами-лонжеронами 2 на карданном валу 3, соединенном через кардан 4 с валом 5 привода, установленного на подвижной опоре 6 для придания барабану 1 вращения и возможности регулирования его наклона. Для осуществления (изменения) наклона барабана 1 привод установлен на траверсе с возможностью перемещения вверх-вниз по колонне, выполненный за одно целое с подвижной опорой 6, с возможностью движения вперед-назад (показано стрелками на фиг.1). Барабан 1 открытым торцом 7 опирается на два катка: один каток 8 - круглый, второй 9 - в виде кулачка с радиальным скосом (фиг.3) для обеспечения ударов-встряхивания. Со стороны привода барабан 1 снабжен бункером-дозатором 10 для загрузки его гранулами бисерного полистирола, а с противоположной стороны - желобом 11 для выгрузки гранул пенополистирола в тару 12. На некотором расстоянии от барабана 1 установлен электровоздухонагреватель 13, обеспечивающий (формирующий) направленный поток горячего воздуха на проходной барабан 1. Снаружи барабан 1 закрыт защитным экраном (кожухом) 14 с щелевым отверстием вверху. Для уменьшения подсоса холодного воздуха на торцах барабана 1 имеются стенки 15 и 16 (фиг.4).
На внутренней поверхности по длине барабана 1 закреплены с промежутками и чередованием в шахматном порядке поперечные перемычки 17 и продольные радиальные выступы-гребки 18.
Поперечные перемычки 17 и продольные радиальные выступы-гребки 18 сблокированы (сгруппированы). В данном случае, например, в каждом блоке три поперечных перемычки 17 и три продольных выступа-гребка 18, расположенных под углом 120° (сечения II-II и III-III, фиг.5 и фиг.6), с чередованием в шахматном порядке в блоках по длине барабана (сечения II-II и III-III, фиг.5 и фиг.6).
Открытые торцы барабана 1 закрыты стенками 15 и 16, выполненными из прозрачного теплостойкого материала.
Неподвижные стенки - передняя 15 и задняя 16, выполнены из прозрачного теплостойкого материала, например из стеклопластика, имеют вырез под бункер-дозатор 10, желоб 11 и карданный вал 3 и прикреплены к защитному экрану 14 (фиг.7 и фиг 8).
Работа данного устройства заключается в следующем. Устанавливается нужный наклон барабана 1 с помощью траверсы, перемещающееся по колонне, выполненной за одно целое с подвижной опорой 6. Включается привод, от вала 5 которого через кардан 4 и карданный вал 3 вращение передается проходному барабану 1, закрепленному на карданном валу 3 спицами-лонжеронами 2. Опорные катки 8 и 9, плотно прилегая к ободу открытого торца 7 барабана 1, также приходят в движение, при этом каток 9 в виде кулачка с радиальным скосом обеспечивает удары встряхивания барабана 1. Затем включается элкетровоздухонагреватель 13 и формируемый им поток горячего воздуха, регулируемый по температуре в широких пределах (от 20°C до 600°C и выше) направляется на вращающийся барабан 1, обтекает и омывает его, заполняя полость, образуемую защитным экраном, а потом через щелевое отверстие в экране 14 уходит в вытяжной вентиляционный зонд (на фиг. не показан).
После нагрева стенок барабана 1 до 85-105°C из бункера-дозатора 10 в барабан непрерывно подаются гранулы полистирола. Наклон барабана 1 при вращении обеспечивает самодвижение вспенивающихся гранул полистирола к выгрузному желобу 11. Вращающийся, горячий, наклонный, испытывающий ударно-встряхивающие нагрузки барабан 1 воздействует на гранулы полистирола. Вращение, удары-встряхивания, теплота от стенок барабана 1 передаются гранулам полистирола. Периодически соприкасаясь с горячей внутренней поверхностью барабана 1, накатываясь на нее и поднимаясь на некоторую высоту, они затем отрываются от нее, переходят кратковременно во взвешенное парящее состояние и постепенно скатываются «самотеком» по наклонному барабану 1. Многократно проходя повторяющиеся циклы, вызываемые вращением барабана 1, в процессе самодвижения к выгрузному желобу 11 гранулы полистирола постепенно нагреваются до температуры 95-105°C и вспучиваются. За время прохождения расстояния от места загрузки гранул из бункера-дозатора 10 к месту выгрузки по желобу 11 в тару 12 они достигают заданных значений удельной плотности и размеров (диаметров). Идентичные (одинаковые) усредненные температурные условия для вспучивания в рабочем пространстве барабана 1, непрерывное ворошение и удары-встряхивания, возбуждаемые катком 9 в виде кулачка с радиальным скосом, нагреваемых вспучиваемых гранул препятствуют их слипанию и прилипанию к внутренней поверхности барабана 1, способствуют их равномерному вспучиванию, обеспечивают однородность гранулометрического состава получаемого гранулированного пенополистирола.
Работа устройства с барабаном 1, на внутренней поверхности по длине которого закреплены с промежутками и чередованием в шахматном порядке поперечные перемычки 17 и продольные радиальные выступы-гребки 18 (фиг.5 и фиг.6) и с барабаном 1, открытые торцы которого закрыты неподвижными стенками 15 и 16, выполненными из прозрачного теплостойкого материала (фиг.4), в основном аналогична работе устройства с проходным барабаном 1 с опорными катками 8 и 9 (фиг.1), хотя имеет свои особенности (отличия).
Поперечные перемычки 17, перегораживая и тем самым задерживая (затормаживая) на короткое время самодвижение гранул, затем пропускают их через промежутки для продолжения самодвижения. После перемычек 17 вступают в действие продольные радиальные выступы-гребки 18, которые загребая (захватывая) и поднимая гранулы на определенную высоту, затем сбрасывают их, переводя в парящее состояние (положение), после чего они оседают и продолжают самодвижение в потоке до следующего блока. Гранулы, пройдя раз за разом блоки перемычек 17 и гребков 18, достигают заданных свойств и размеров.
Наличие стенок 15 и 16 барабана 1 уменьшают подсос холодного воздуха, что снижает тепловые потери. Прозрачность материала стенок 15 и 16 позволяет наблюдать за процессом и в случае его нарушения принять необходимые меры для его устранения.
Непрерывность и идентичность температурных условий процесса, обеспечиваемые вращением и встряхиванием проходного барабана 1, конструктивные сочетания в блоке поперечных перемычек 17 и продольных радиальных выступов-гребков 18 позволяют интенсифицировать процесс сухой тепловой обработки гранул полистирола, получать гранулы пенополистирола с высокими физическими и качественными характеристиками, не требующие сушки и вылеживания.
Оптимальный режим процесса непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола обеспечивается регулированием температуры, скоростью вращения, углом наклона барабана, количеством блоков перемычек и гребков. Выделяющиеся при вспучивании гранул полистирола изопентан и пентан в присутствии кислорода воздуха окисляются, становятся почти безвредными и выходят через неплотности в соединениях барабана 1 и стенок 15 и 16 в полость, образуемую защитным экраном 14.
Устройство пригодно для использования его как в строительстве для производства строительных материалов из гранул пенополистирола, полученных из гранул бисерного полистирола отечественных и зарубежных строительных марок, так и в литейном производстве для изготовления газифицируемых моделей для ЛГМ из гранул вспученного (вспененного) полистирола, полученных из гранул бисерного полистирола отечественных и зарубежных литейных марок, обладающего улучшенной способностью к газификации и спеканию. Оно позволяет получать недовспученные (недовспененные) гранулы и в случае необходимости производить их довспучивание.
Предлагаемое устройство для непрерывного сухого вспучивания гранул полистирола имеет простую конструкцию и высокую производительность, позволяет создать новый интенсифицированный производственно-технологический процесс, получать высококачественную товарную продукцию гранулированного пенополистирола.