УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ БУМАЖНО-ПОЛИМЕРНОЙ МАССЫ
DEVICE FOR MIXING PAPER-POLYMER MASS

Изобретение относится к области смешения различных материалов и предназначено для изготовления из полимерного сырья и отходов бумажной промышленности требуемых продуктов смешения, которые могут использоваться в природоохранной, химической, строительной, пищевой, лакокрасочной, полимерной и других отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.
Известно устройство для изготовления композиционного материала (RU 2069672, B01J 19/10, опублик. 27.11.1996), предназначенное для смешивания, в частности, волокнистых материалов с жидкостями типа смолы с дегазацией с помощью наложения вибраций со средней собственной (резонансной) частотой колебаний каждого из компонентов и емкости.
К недостаткам этого решения можно отнести невозможность правильного подбора частоты вибровозбудителя для компонентов с сильноразличающимися собственными частотами.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является смеситель (RU 2366498, B01F 11/00, опублик. 17.03.2008) для цикличного приготовления смесей различных материалов, имеющий камеру смешивания в виде усеченного конуса с углом между образующими не более 60°, по оси которой расположен вибровозбудитель, выполненный в виде трубы с установленным на ней винтом, шаг, диаметр и рабочая плоскость которого увеличиваются в зависимости от диаметра рабочей зоны камеры смешивания.
К недостаткам известного устройства относятся невозможность обеспечения заданного гомогенного состава смеси при смешении отходов бумаги с полимерными гранулами заданной формы и крупности, а также требуемых физико-механических характеристик бумажно-полимерной смеси (прочности, упругости и плотности), а также цикличность работы устройства и отсутствие возможности регулировки колебаний.
Технический результат, достигаемый в предложенном изобретении, заключается в получении заданного гомогенного состава и требуемых физико-механических характеристик получаемой смеси - прочности, упругости и плотности, а также обеспечении непрерывности работы устройства.
Указанный технический результат достигается в изобретении следующим образом.
Устройство для смешивания бумажно-полимерной массы содержит камеру смешения, в которой на неподвижном основании с помощью упругих опор размещен с возможностью регулирования угла наклона относительно основания рабочий орган.
Рабочий орган соединен с приводом вращения и выполнен в виде закрепленных на оси металлических лопастей, имеющих криволинейный профиль и различные по высоте камеры смешивания толщину и собственную частоту колебаний. Лопасти расположены друг над другом в виде спирали с переменным шагом между ее витками под углом друг к другу от 15° до 165°.
Устройство содержит также вибровозбудитель колебаний, который расположен на оси камеры смешивания с возможностью наложения вибраций на лопасти рабочего органа.
В нижней части камеры смешивания под рабочим органом размещен загрузочный бункер, а в верхней части камеры смешивания над рабочим органом размещен разгрузочный патрубок.
Вибровозбудитель установлен с возможностью наложения вибрации на лопасти рабочего органа под углом от 5° до 60°.
При этом разгрузочный патрубок размещен с возможностью регулировки высоты его установки.
Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого схематически показано предложенное устройство, а на фиг.2 - разрез по А - А.
На чертеже изображены рабочий орган 1, упругие опоры 2, вибровозбудитель 3 колебаний, лопасти 4 рабочего органа, разгрузочный патрубок 5, загрузочный бункер 6.
Вращательно-вибрационное устройство смешивания бумажно-полимерной массы работает следующим образом.
Исходное полимерное сырье загружается через загрузочный бункер 6 и попадает в камеру смешения, где с помощью нижних лопастей 4 рабочего органа 1, вращающегося с регулируемой угловой скоростью ω от отдельного привода, механическим способом с помощью трения о дно камеры смешения окатывается и нагревается. Для образования гранул при этом может понадобиться некоторое количество холодной воды, которая может быть удалена из камеры с помощью дополнительного нагрева. В результате происходит образование полимерных гранул округлой формы с заданным размером 2-7 мм.
Затем гранулы вместе с предварительно подготовленными и загруженными в бункер 6 бумажными хлопьями с размером волокон 3-5 мм поднимаются за счет вибраций, которые создаются вибровозбудителем 3, с помощью винтового рабочего органа 1 и одновременно нагреваются и перемешиваются.
Для удаления воздуха и остатков воды из смеси шаг h между лопастями 4 винтового рабочего органа постепенно уменьшается, а сами лопасти выполнены с различной толщиной и собственной частотой колебаний, а также имеют криволинейный профиль, что позволяет добиваться с помощью подбора частоты колебаний вибровозбудителя интенсивных резонансных воздействий на смешиваемые материалы на заданной высоте подъема.
Чтобы при достижении необходимой гомогенности смеси не происходило ее расслоения на компоненты, высота разгрузки Н регулируется расположением патрубка 5.
Для движения смеси вверх и регулировки скорости движения одновременно используют два вида колебаний: направленные вертикальные ρ и угловые ψ, что позволяет лопастям 4 рабочего органа 1 подныривать под частицы смеси. В зависимости от ее плотности на различной высоте подъема угол α между лопастями может регулироваться от 15° до 165°. При этом угол β направленных колебаний ρ по отношению к перпендикуляру плоскости лопастей может изменяться от 5° до 60° в ту или иную сторону.
В предложенном устройстве изготовление гранул полимера обеспечивается механическим путем при взаимодействии лопастей в нижней части камеры смешивания с полимером, его измельчении, нагреве за счет трения и последующего впрыскивания водных растворов. При этом полимерные частицы сворачиваются в гранулы. При вращении рабочего органа, наложении вибраций и нагреве происходит смешение полимерно-бумажных компонентов, удаление пузырьков воздуха и остатков воды и гомогенизация смеси. Достижение необходимых физико-механических свойств достигается при наименьшем количестве воздушных пузырьков, гомогенности смеси и заданной крупности бумажных хлопьев.
При перемешивании воздух частично вытесняется из смеси, его место занимает полимер. Для создания более однородной гомогенной смеси и ее перемещения вверх накладываются вибрации, и шаг между витками спирального рабочего органа делается переменным, выдавливая тем самым воздух и остатки воды. Перемешивание с вибрациями обеспечивает равномерное распределение компонентов. Переменная по длине рабочего органа собственная частота колебаний лопастей необходима в связи с тем, чтобы при достижении заданной гомогенности смеси в последствии не допустить ее расслоения на компоненты. Аналогично предусмотрена непрерывная разгрузка смеси на переменной высоте при достижении заданной гомогенности.
Процесс смешивания с использованием предложенного устройства производится без потерь, непрерывно и исключается возможность образования застойных и мертвых зон по всему объему рабочего органа.