ЭКСТРУДЕР-СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЫПУЧИХ И ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ

Предлагаемое техническое решение относится к гидротранспорту и переработке высоковязких жидкостей в процессе экструзии и может найти применение в химической, нефтехимической промышленности, а также в экологических процессах вторичной переработки отходов полимерных материалов, битумов и других отработанных углеводородов, термопластических веществ, имеющих большой коэффициент трения.
Известны экструдеры с переменной нарезкой червяка и корпуса. Особенностью данного типа машин является наличие внутренней противозаходной нарезки на корпусе (Смешение полимеров / Богданов В.В., Торнер Р.В., Красовский В.Н., Регер Э.О. - Л.: Химия. 1979. с.120-121; Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. Теория и методы расчета. - М.: Химия. 1972. с.202).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность изготовления внутренней нарезки на корпусе и ее очистки от застывших в ней перерабатываемых материалов, а также снижения производительности из-за так называемого обратного потока перерабатываемого материала в зазоре между гребнями шнека и стенкой цилиндра.
Известен экструдер, в котором стенка цилиндра выполнена из пористого материала или равномерно перфорирована, через отверстия которого подается маловязкая жидкость (Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. - Л.: ГХИ. 1962. с.247-248).
Недостатком известной конструкции является сложность подачи маловязкой жидкости из-за периодического закупоривания пор или отверстий в стенке цилиндра, что приводит к постепенному снижению производительности и увеличению затрат энергии на переработку основной высоковязкой жидкости в экструдере.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является экструдер-смеситель для переработки сыпучих и жидких компонентов, содержащий гильзу, размещенный в ней приводной червяк, бункер для загрузки сыпучего материала и приспособление для подачи жидкого компонента, выполненное в виде трубок, сообщающихся с источником жидкого компонента, отличающийся тем, что он снабжен попарно расположенными в межвитковом пространстве червяка диспергирующими насадками, выполненными в виде полых перфорированных цилиндров, сообщенных с трубками приспособленными для подачи жидкого компонента. (Авторское свидетельство СССР №1171346, В29С 47/38; В29В 7/42; В29К 105/06, 1985 г.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является увеличение сопротивления из-за турбулизации потока жидкого компонента, подаваемого под давлением в полые перфорированные цилиндры и далее через их перфорацию в виде струй жидкости, направленных навстречу друг другу, что приводит к снижению производительности и увеличению энергозатрат.
Техническим результатом является увеличение производительности экструдера.
Поставленный технический результат достигается тем, что в экструдере-смесителе для переработки сыпучих и жидких компонентов, содержащем гильзу, размещенный в ней приводной червяк, бункер для загрузки сыпучего материала и приспособление для подачи жидкого компонента, выполненное в виде трубок, сообщенных с источником жидкого компонента, при этом гильза на выходе имеет на внутренней поверхности кольцевую канавку, соединенную с трубкой для подачи жидкого компонента на эту поверхность гильзы, а на входе гильзы установлен патрубок для слива жидкого компонента.
Наличие на выходе гильзы, на ее внутренней поверхности кольцевой канавки, соединенной с трубкой для подачи жидкого компонента на эту поверхность, позволяет подавать в зазор между внутренней поверхностью
гильзы и гребнями червяка равномерно по всей поверхности гильзы в зону высокого давления, образующуюся на выходе материала из гильзы, кольцевой слой жидкого компонента с созданием пристенного смазочного обратного потока, движущегося от выхода ко входу гильзы в зону низкого давления. Этот обратный поток пристенного смазочного слоя из жидкого компонента уменьшает гидравлическое сопротивление и заменяет собой обратный поток перерабатываемых компонентов, что увеличивает производительность экструдера-смесителя.
Кроме того, пристенный смазочный слой жидкого компонента, взаимодействуя на границе с гребнями червяка с перерабатываемым материалом, частично с ним смешивается и гомогенизируется, что также увеличивает производительность, так как не требует дополнительных операций смешения и гомогенизации.
Установка патрубков для слива жидкого компонента на входе гильзы в зоне низкого давления позволяет отработанный жидкий компонент возвращать в источник жидкого компонента для повторного использования, что также способствует увеличению производительности так как уменьшает затраты времени на подготовку и подачу жидкого компонента.
На фиг.1 показана схема предлагаемой конструкции экструдера-смесителя для переработки сыпучих и жидких материалов.
Он содержит гильзу 1, размещенный в ней приводной червяк 2, бункер 3 для загрузки сыпучего компонента, приспособление для подачи жидкого компонента, выполненное в виде трубок 4, соединенных с источником жидкого компонента 5 через насос 6 с кольцевой канавкой 7, выполненной на выходе внутренней стенки гильзы 1. На входе гильзы 1 установлен патрубок 8 для слива жидкого компонента в источник жидкого компонента 5.
Экструдер-смеситель работает следующим образом.
Червяк 2 забирает сыпучий компонент из бункера 3 и транспортирует его вдоль гильзы 1. Одновременно жидкий компонент по трубкам 4 поступает под убавлением, создаваемым насосом 6 из источника жидкого компонента 5, в кольцевую канавку 7 на выходе гильзы 1 на ее внутреннюю
стенку, образуя кольцевой пристенный смазочный слой в зазоре между гребнями червяка 2 и внутренней поверхностью гильзы 1. Этот кольцевой пристенный поток, создавая смазочный слой, движется из зоны высокого давления, образующейся при работе червяка 2 на выходе из гильзы 1, в зону низкого давления па входе гильзы 1 (так называемый обратный поток) и выходит в патрубок 8 через который отработанный жидкий компонент сливается в источник 5.
Кольцевой смазочный слой жидкого компонента между внутренней поверхностью гильзы 1 и гребнями червяка 2 уменьшает гидравлическое сопротивление и заменяя обратный поток перерабатываемого материала на обратный поток жидкого компонента, что увеличивает расход перерабатываемого материала. Кроме того, кольцевой смазочный слой жидкого компонента, взаимодействуя на границе гребней червяка с перерабатываемыми компонентами частично смешивается и гомогенизируется с ними на всей длине гильзы 1, что способствует увеличению производительности, а также улучшает качество переработки компонентов. Кроме того, возможность слива жидкого компонента на входе гильзы 1 в зоне низкого давления в источник жидкого компонента 5 позволяет его использовать повторно, что уменьшает его расход, а значит и стоимость самой экструзии и смешения компонентов.