СУШИЛКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С АДАПТИВНЫМ ОБЪЕМОМ СУШИЛЬНОЙ КАМЕРЫ
INTERMITTENT DRYER FOR GRANULAR POLYMER MATERIALS WITH ADAPTIVE VOLUME OF DRYING CHAMBER

Изобретение относится к области химической промышленности и служит для сушки гранулированных полимерных материалов и композитов на их основе.
Известен способ высокотемпературной сушки зерна (Окунь Г.С., Чижиков А.Г. Тенденции развития технологии и технических средств сушки зерна. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. - С.6, рис.1). Сушка осуществляется путем подачи материала сверху вниз, а теплоноситель подается изнутри наружу. Этот способ позволяет осуществить высокотемпературный режим сушки и повысить равномерность сушки за счет циркуляции зерна в сушильной камере.
Существенным недостатком этого способа является неоднородность высушенного материала по влагосодержанию.
Из известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ сушки зерна и гранулированных материалов (см. патент РФ RU 2171958 C1 по классу F26B 3/14, 17/12). Сушка осуществляется путем подачи материала сверху вниз, а теплоноситель пронизывает слой в поперечном направлении. Отработанный теплоноситель удаляется. При этом в результате движения материала в плотном слое происходит его перемешивание, что приводит к попаданию в высушенный материал отдельных полимерных гранул с недопустимым влагосодержанием.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение равномерности высушенного материала по влагосодержанию по всей высоте слоя заданного объема. Указанный технический результат достигается путем организации плотного продуваемого слоя гранулированного материала с сохранением однородности условий тепло- и массообмена в любом сечении слоя для всех единичных гранул материала.
При производстве и переработке гранулированных полимерных материалов достаточно часто требуется получение дозированных порций высушенного гранулированного полимерного материала с весьма жесткими требованиями к остаточному влагосодержанию. В реальных сушилках, как правило, существуют зоны (особенно вблизи выгрузки и загрузки слоя), в которых наблюдаются значительные отклонения параметров процесса тепло- и массопереноса от средних по слою. Это приводит к тому, что отдельные недосушенные гранулы, попадая в перерабатывающее оборудование, вызывают брак готовой продукции по качеству сырья. Остаточная влага вызывает ряд специфических дефектов как на поверхности готовых изделий, так и внутренние дефекты (пузырьки, трещины, структурирование материала и т.д.).
Решение задачи достигается использованием сушилки (фиг.1), содержащей питающий бункер 1, верхний затвор 2, отсекающий заданное количество высушиваемого материала, рабочую камеру 3, выполненную из телескопических перфорированных элементов, нижний затвор 4, позволяющий вести полную выгрузку (вплоть до единичных гранул), приемный бункер 5.
Сушилка периодического действия для гранулированных полимерных материалов с адаптивным объемом рабочей камеры работает следующим образом.
Высушиваемые гранулированные полимерные материалы подаются из питающего бункера в рабочую камеру, где в режиме свободного падения (метод «дождя») формируется плотный продуваемый слой с отсутствием сквозных каналов и пустот (особенно в верхней части слоя), что обеспечивается геометрической формой элементов байонетных затворов, причем рабочий объем рабочей камеры ограничен нижним и верхним байонетными затворами 4, 2. В верхнем байонетном затворе 2 подвижным выполнено верхнее кольцо, а в нижнем - нижнее кольцо. Угол β (фиг.1) превышает угол естественного откоса гранулированного полимерного материала α на 3…5°, что обеспечивает полное прилегание слоя материала к элементам питателя без образования сквозных полостей, через которые возможна утечка теплоносителя. Такая организация формирования слоя гарантированно обеспечивает:
- отсутствие сквозных каналов и застойных зон;
- однородность условий тепло- и массообмена для любых сечений слоя;
- полную выгрузку всего высушенного слоя при гарантированном отсутствии даже незначительного количества невысушенного сырья.
Таким образом можно получать строго дозированные партии высококачественного высушенного полимерного гранулята требуемого объема.
При этом объем высушиваемого материала задается изменением размеров рабочей камеры, выполненной из телескопических перфорированных элементов, за счет их соосного перемещения. Телескопическое исполнение рабочей камеры делает возможным 3…5-кратное изменение рабочего объема. Высушенный материал не содержит даже единичных гранул с недопустимо высоким конечным влагосодержанием, которые могут явиться причиной дефектов готовых изделий.
Конструкция сушилки позволяет удалять весь высушенный материал полностью, что обеспечивает возможность переработки других материалов без предварительной очистки.
Таким образом, можно получать на одном оборудовании без перенастройки и предварительной подготовки партии различных типов материалов.
Пример конкретного использования предлагаемой сушилки.
При производстве и переработке полимерного гранулята с гидрофильными свойствами одной из стадий является глубокая сушка до влагосодержания 0,01…0,05%. Характерным при этом является: 1) значительная длительность процесса сушки (до 5…6 ч); 2) процесс сушки должен проходить при одинаковых условиях теплообмена для всех единичных гранул во избежание неоднородности высушенного продукта по влагосодержанию. Требуется: 1) произвести глубокую сушку определенного количества гидрофильного полимерного гранулята (полиэтилентерефталата ПЭТФ) до остаточного влагосодержания 0,05%. Сушка проводится в плотном продуваемом слое (толщина слоя - 0,1 м; температура сушильного агента - 373 K; скорость сушильного агента в слое - 0,2 м/с; внутренний диаметр слоя - 0,4 м; наружный диаметр слоя - 0,6 м).
Рабочий объем камеры устанавливается перемещением телескопических перфорированных элементов в соответствии с заданным количеством высушиваемого материала при закрытом нижнем байонетном затворе. При заполнении внутреннего объема камеры производится отсекание слоя поворотом верхнего кольца верхнего затвора. Это обеспечивает формирование однородного плотного слоя полимера при отсутствии каналов и пустот. Затем в центральную часть подается теплоноситель, который пронизывает в поперечном направлении слой полимерного гранулята.
Кинетика сушки элементарных внешнего слоя и внутреннего слоя приведена на фиг.2. Из графика видно, что конечное влагосодержание высушенного полимерного материала находится в пределах 0,035…0,05%, что соответствует регламенту на сушку подобных материалов.
Использование предлагаемой сушилки обеспечивает по сравнению с существующими конструкциями следующие преимущества:
1. Дозирование количества высушенного материала;
2. Формирование однородного слоя гранулированного полимерного материала для обеспечения одинаковых условий тепло- и массообмена в любом сечении слоя;
3. Полная выгрузка высушенной партии материала;
4. Отсутствие попадания в высушенный материал отдельных гранул материала с высоким влагосодержанием;
5. Возможность быстрого перехода на высушивание партии другого полимера при отсутствии смешения с предыдущим материалом.