СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ, ОБРАБОТКИ И/ИЛИ РЕЦИКЛИНГА МАТЕРИАЛОВ

1. Способ подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, а именно термопластов, характеризующийся тем, что
материал перемещают и перемешивают в приемном бункере (1), а именно режущем уплотнителе или блоке предварительной обработки (PCU), и при необходимости также нагревают, измельчают и/или размягчают, причем материал остается в приемном бункере (1) кусковым или в виде частиц и нерасплавленным, и
движущийся в приемном бункере (1) кусковой или в виде частиц материал анализируют, или выполняют встроенные измерения спектроскопические и/или спектрометрические, причем полученные таким образом измеренные значения применяют для получения информации об измеренном материале, в частности, о количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала,
причем, по меньшей мере, части кускового или в виде частиц материала, находящегося внутри приемного бункера (1) и вращающегося там, возбуждают посредством физического воздействия, в частности электромагнитным излучением, и детектируют предпочтительно спектрометрическим методом возникающие в качестве отклика на указанное воздействие измерительные сигналы, в частности, характеристические спектры электромагнитного излучения, рассеянного на измеряемом материале,
спектроскопические и/или спектрометрические измерения осуществляют методом атомной или молекулярной спектроскопии,
для возбуждения используют свет в области инфракрасного, видимого и/или УФ-света, в частности в диапазоне 100-1400 нм и/или для возбуждения используют лазер, в частности, в диапазоне длин волн 100-1400 нм,
при этом свет детектируют и анализируют для того, чтобы во время технологического процесса в поточном режиме определять специфические количественные и/или качественные параметры материала, в частности термопласта, или изменения этих параметров во время процесса, и использовать их для контроля и/или управления процессом, и/или использовать эти параметры для управления проведением процесса в приемном бункере (1),
причем электромагнитное излучение, возбуждающее материал, фокусируют в точку (23) фокуса, которая лежит внутри приемного бункера (1) на стенке бункера или непосредственно за стенкой бункера, предпочтительно на расстоянии максимум 10 см за стенкой бункера,
при этом электромагнитным излучением возбуждают объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 0,1-5 мм и с глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм,
причем во внешней зоне приемного бункера (1), в частности на боковой стенке (2) приемного бункера (1), кусковой или в виде частиц материал имеет круговое направление движения и/или направление движения, направленное преимущественно вверх,
кусковой или в виде частиц материал вращают по окружности со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении со скоростью 0,1-60 м/с, так что кусковой или в виде частиц материал заменяется часто и регулярно во внешней зоне приемного бункера (1), в частности на его боковой стенке (2).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектроскопические и/или спектрометрические измерения осуществляют методом атомной или молекулярной спектроскопии, а именно методом рамановской спектроскопии, спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК), спектроскопии в ультрафиолетовом/видимом диапазоне (УФ/ВИД), флуоресцентной спектроскопии и/или абсорбционной спектроскопии.
3. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что для возбуждения используют свет в области инфракрасного, видимого и/или УФ-света, а именно в диапазоне 500-1000 нм, или для возбуждения используют лазер мощностью в диапазоне 15 мВт-5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что электромагнитное излучение возбуждает объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 1-3 мм и глубиной проникновения в материал 8-15 мкм.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что возбуждающее материал физическое воздействие, в частности электромагнитное излучение, вводят внутрь приемного бункера (1) или в материал в одной или более следующих позициях:
ниже уровня наполнения материалом или частицами материала приемного бункера (1) во время работы,
на высоте и/или на расстоянии от дна (3) или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), на которой/котором физическое воздействие, в частности электромагнитное излучение, происходит постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения находящихся или вращающихся в приемном бункере (1) частиц материала, и/или ниже уровня смесительного сгустка, образовавшегося при движении и/или вращении частиц материала,
на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения материалом приемного бункера (1) и/или смесительного сгустка,
в зоне приемного бункера (1), в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и/или
в зоне приемного бункера (1), в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку (2) приемного бункера (1).
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что находящийся внутри приемного бункера (1) и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал, в частности отдельные частицы материала, в заданные моменты времени, в множество моментов времени, возбуждают с помощью физического воздействия, в частности электромагнитным излучением, при этом определяют и сохраняют доступным среднее значение из информации о соответствующем измеренном материале, в частности об отдельных частицах, предпочтительно количественные и/или качественные параметры соответствующего материала, которые определяют на основе выбранных, предпочтительно всех измеренных значений, полученных в указанные моменты времени.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что находящийся внутри приемного бункера (1) и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал в течение заданного отрезка времени, в частности нескольких секунд, непрерывно возбуждают физическим воздействием, в частности электромагнитным излучением, при этом в соответствующий отрезок времени на основе непрерывно полученных в пределах этого отрезка времени измеренных значений вычисляют и предоставляют в распоряжение общую информацию об измеренном материале, в частности количественный и/или качественный параметр.
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что измеряют температуру внутри приемного бункера (1) и/или температуру материала и в оценку включают информацию о температуре, которая служит индикатором для корректировки информации о соответствующем измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметров соответствующего материала, и/или регистрируют температуру материала и используют ее в качестве характеристики для корректировки спектров.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что сохраняют эталонную информацию, в частности количественные и/или качественные эталонные параметры, предпочтительно эталонные спектры, и полученную для соответствующего измеренного материала информацию, в частности параметры, предпочтительно спектры, сравнивают с эталонной информацией, в частности эталонными параметрами, предпочтительно эталонными спектрами, и определяют отклонение от эталонной информации, в частности эталонных параметров, предпочтительно эталонных спектров и, в частности, отображают и/или используют для контроля и/или управления проведением процесса в приемном бункере (1) и/или последующей технологической цепочкой.
10. Устройство для осуществления способа по любому из пп. 1-9, содержащее, по меньшей мере один приемный бункер (1), а именно режущий уплотнитель и/или блок предварительной обработки (PCU), с перемешивающим и/или измельчающим устройством для материала, а также спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство (10) для анализа движущегося внутри приемного бункера (1) кускового или в виде частиц материала или для получения информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметров соответствующего материала,
причем устройство отличается тем, что содержит
по меньшей мере один приемный бункер (1), а именно режущий уплотнитель, с перемешивающим и/или измельчающим устройством для материала,
по меньшей мере одно спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство (10) для встроенного измерения частей движущегося внутри приемного бункера (1) кускового или в виде частиц материала, выполненное с возможностью
передачи физического воздействия, а именно электромагнитного излучения, для возбуждения вращающегося кускового или в виде частиц материала, и
детектирования, предпочтительно спектрометрических измерительных сигналов, полученных как отклик на указанное воздействие, в частности характеристических спектров электромагнитного излучения, рассеянного на измеренном материале; и
блок (40) обработки и управления, связанный с измерительным устройством (10) с возможностью обмена данными и выполненный с возможностью
управления измерительным устройством (10), передачи физического воздействия, а именно электромагнитного излучения, детектирования возникающих измерительных сигналов и сохранения доступными полученных таким образом измеренных значений и,
при необходимости, на основе полученных измеренных значений выведения и сохранения доступной информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметров соответствующего материала,
причем приемный бункер (1) содержит боковую стенку (2) и выполнен, по существу, коническим или цилиндрическим или имеет конический или цилиндрический участок стенки и, при необходимости, дно (3),
в приемном бункере (1) в качестве перемешивающего и/или измельчающего устройства с возможностью вращения, в частности вокруг вертикальной оси (9) вращения, расположен по меньшей мере один перемешивающий и/или измельчающий инструмент (4) для движения и перемешивания и, при необходимости, также для нагрева, измельчения и/или размягчения обрабатываемого кускового или в виде частиц материала, причем при работе в приемном бункере (1) образуется вихрь и/или смесительный сгусток,
блок (40) обработки и управления выполнен для спектрометрического и/или спектроскопического анализа измерительных сигналов, возникающих в ответ на указанное воздействие, в частности характеристических спектров электромагнитного излучения, рассеянного на измеренном материале,
причем измерительное устройство (10) содержит
по меньшей мере один источник (11) возбуждения, действующий или направленный внутрь приемного бункера (1), для создания физического воздействия, а именно испускания электромагнитного излучения, по меньшей мере, на части находящегося при работе внутри приемного бункера (1) и вращающегося там кускового или в виде частиц материала, а также
по меньшей мере один детектор (12), в частности спектроскоп, для регистрации измерительных сигналов, возникающих в ответ на указанное воздействие, в частности характеристических спектров электромагнитного излучения, рассеянного на измеренном материале,
при этом измерительное устройство (10) содержит детектор (12) для атомной или молекулярной спектроскопии,
источник (11) возбуждения выполнен с возможностью испускания света в области инфракрасного (ИФ) света, видимого и/или УФ-света
или источник (11) возбуждения представляет собой лазер,
при этом в приемном бункере (1), а именно в его боковой стенке (2), выполнено по меньшей мере одно измерительное отверстие (20), причем измерительное отверстие (20) выполнено так, чтобы указанное физическое воздействие, в частности испускаемое электромагнитное излучение, испускаемое источником (11) возбуждения, воздействовало на материал в приемном бункере (1), и рассеянный свет из приемного бункера (1) детектировался,
причем по меньшей мере одно измерительное отверстие (20) в боковой стенке (2) приемного бункера (1) расположено в одной или более из следующих позиций:
в зоне высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) и/или
в зоне нижней трети высоты приемного бункера (1),
блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью взаимодействия с блоком (50) управления процессом и с возможностью обмена данными, причем блок (50) управления процессом выполнен с возможностью использования переданных блоком (40) обработки и управления данных, в частности информации о соответствующем измеренном материале, предпочтительно количественных и/или качественных параметров соответствующего материала, для контроля и/или управления проведением процесса в приемном бункере (1) и/или последующей технологической цепочкой.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что окружная скорость перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) выбрана с возможностью вращения кускового или в виде частиц материала по окружности со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении – со скоростью 0,1-60 м/с.
12. Устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что в приемном бункере (1), в частности в его боковой стенке (2), в частности в зоне высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), выполнено отверстие (8) с возможностью выгрузки через него из приемного бункера (1) предварительно обработанного пластического материала, при этом по меньшей мере один транспортер, в частности экструдер (5) по меньшей мере с одним шнеком (6), установленным в корпусе (16) с возможностью вращения, в частности пластифицирующим или агломерирующим, установлен для приема выходящего из отверстия (8) предварительно обработанного материала, причем корпус (16) имеет на своей торцевой стороне или в своей боковой стенке питающее отверстие (80) для материала, захватываемого шнеком (6), и питающее отверстие (80) сообщается с отверстием (8).
13. Устройство по любому из пп. 10-12, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения, и/или детектор (12), и/или блок (40) обработки и управления физически отстоят от приемного бункера (1) или связаны с ним без вибраций, в частности через волоконно-оптические системы и/или световоды (14).
14. Устройство по любому из пп. 10-13, отличающееся тем, что измерительное устройство (10) содержит детектор (12) для атомной или молекулярной спектроскопии, а именно для рамановской спектроскопии, спектроскопии БИК, спектроскопии УФ/ВИД, флуоресцентной и/или абсорбционной спектроскопии.
15. Устройство по любому из пп. 10-14, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения выполнен с возможностью испускания света в области инфракрасного (ИФ) света, видимого и/или УФ-света в диапазоне 100-1400 нм, предпочтительно 500-1050 нм.
16. Устройство по любому из пп.10-15, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения представляет собой лазер с диапазоном длин волн 100-1400 нм и/или мощностью в диапазоне 15 мВт-5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.
17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что измерительное отверстие (20) имеет диаметр 0,5-100 мм.
18. Устройство по любому из пп. 16 или 17, отличающееся тем, что измерительное отверстие (20) закрыто окошком (21) из материала, например, сапфирового стекла, проницаемого, в частности, для электромагнитного излучения.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что окошко (21) имеет толщину 1-100 мм.
20. Устройство по любому из пп. 18 или 19, отличающееся тем, что поверхности окошка (21) плоские и ориентированы параллельно друг другу или обращенная к приемному бункеру (1) внутренняя поверхность окошка (21) выполнена вогнутой в соответствии с радиусом приемного бункера (1), а обращенная от приемного бункера (1) внешняя поверхность окошка (21) выполненная вогнутой, параллельной внутренней поверхности.
21. Устройство по любому из пп. 16-20, отличающееся тем, что по меньшей мере одно измерительное отверстие (30), в боковой стенке (2) приемного бункера (1), расположено в одной или более из следующих позиций:
немного выше или ниже высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), предпочтительно на кратчайшем расстоянии между крайней точкой перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) и боковой стенкой (2).
22. Устройство по любому из пп. 16-20, отличающееся тем, что, по меньшей мере одно измерительное отверстие (30), в частности в боковой стенке (2) приемного бункера (1), расположено в одной или более из следующих позиций:
ниже уровня наполнения приемного бункера (1) материалом или частицами материала при работе,
на высоте и/или на расстоянии от дна (3) или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), на которой/котором физическое воздействие, в частности испускаемое электромагнитное излучение, постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения частицами материала, находящимися или вращающимися в приемном бункере (1), и/или уровня смесительного сгустка, образовавшегося при движении и/или вращении частиц материала,
на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения материалом приемного бункера (1) и/или смесительного сгустка,
в зоне приемного бункера (1), в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и/или
в зоне приемного бункера (1), в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку (2) приемного бункера (1).
23. Устройство по любому из пп. 10-22, отличающееся тем, что объем, возбуждаемый указанным физическим воздействием, в частности электромагнитным излучением, определен площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 0,1-5 мм, в частности 1-3 мм, и глубиной проникновения в материал в диапазоне 0,3-30 мкм, в частности 8-15 мкм.
24. Устройство по любому из пп. 10-23, отличающееся тем, что содержит линзу или линзовую систему (22) для фокусирования электромагнитного излучения источника (11) возбуждения в точку (23) фокуса, причем точка (23) фокуса образована, в частности, на окошке (21) или непосредственно за окошком (21), предпочтительно на расстоянии максимум 10 см за окошком (21).
25. Устройство по любому из пп. 10-24, отличающееся тем, что блок (50) управления процессом выполнен с возможностью, на основе переданных блоком (40) обработки и управления данных, осуществления
дозирования наполнителей в приемный бункер (1), и/или
подачи материалов, в частности полимеров, в приемный бункер (1) и/или в устройство выгрузки, присоединенное к приемному бункеру (1), и/или
выгрузки обработанных материалов, в частности гранул, из приемного бункера (1) посредством устройства выгрузки, присоединенного приемному бункеру (1).
26. Устройство по любому из пп. 10-25, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере одно устройство (30) измерения температуры перед блоком (40) обработки и управления, при этом устройство (30) измерения температуры выполнено с возможностью измерения температуры внутри приемного бункера (1) и/или температуры материала и ее передачи на блок (40) обработки и управления,
причем блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью использования значений температуры, измеренных, по меньшей мере, одним устройством (30) измерения температуры, для корректировки влияния температуры на информацию, определяемую для соответствующего измеренного материала, в частности температурной зависимости характеристических спектров электромагнитного излучения, рассеянного на измеренном материале, и сохранения скорректированной таким образом информации, в частности спектров, пригодной для использования.
27. Устройство по п. 26, отличающееся тем, что устройство (30) измерения температуры расположено в приемном бункере (1) на той же высоте, в частности в той же позиции, что по меньшей мере одно измерительное отверстие (20).
28. Устройство по любому из пп. 10-27, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью
управления измерительным устройством (10), в частности источником (11) возбуждения, в заданные моменты времени, в множество моментов времени, чтобы неоднократно оказывать физическое воздействие, в частности испускать электромагнитное излучение,
вычисления и сохранения доступным среднего значения из информации о соответствующем измеренном материале, в частности об отдельных измеренных частицах, предпочтительно количественных и/или качественных параметров соответствующего материала, которые получены на основе выбранных, предпочтительно всех, измеренных значений, полученных в эти моменты времени измерительным устройством (10), в частности детектором (12).
29. Устройство по любому из пп. 10-28, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью
управления измерительным устройством (10), в частности источником (11) возбуждения, чтобы оно непрерывно в течение заданного отрезка времени, в частности нескольких секунд, оказывало физическое воздействие, в частности испускало электромагнитное излучение,
вычисления и сохранения доступной, в течение соответствующего отрезка времени, общей информации о соответствующем измеренном материале, в частности количественный и/или качественный параметр, на основе измеренных значений, непрерывно определяемых измерительным устройством (10), в частности детектором (12), в течение этого отрезка времени.
30. Устройство по любому из пп. 10-29, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления содержит память, причем в памяти хранится эталонная информация, в частности количественные и/или качественные эталонные параметры, предпочтительно эталонные спектры, и при этом блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью сравнения полученной информации для соответствующего измеренного материала, в частности параметров, предпочтительно спектров, с эталонной информацией, в частности эталонными параметрами, предпочтительно эталонными спектрами, и определения отклонения от эталонной информации, в частности эталонных параметров, предпочтительно эталонных спектров, и, в частности, передачи информации на блок управления процессом и/или на блок отображения.