УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ БРИКЕТИРОВАННОГО АМОРФНОГО ВЕЩЕСТВА И РЕАЛИЗУЕМЫЙ ИМ СПОСОБ
DEVICE FOR MELTING OF BRIQUETTED AMORPHOUS SUBSTANCE AND METHOD IMPLEMENTED BY IT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к устройству для плавления брикетированного аморфного вещества, такого как обычный битум, полимерно-модифицированный битум, герметик, а также к способу плавления брикетированного аморфного вещества.
Уровень техники
Различные аморфные вещества, такие как битумы, полимерно-модифицированные битумы, герметики и т.п., в холодном виде имеют упругие свойства подобно кристаллическим твердым веществам, но при нагревании становятся текучими подобно жидкости. Почти все эти вещества в горячем (разжиженном) виде соответствуют 3 классу опасности при перевозке и хранении, что требует специальной упаковки, транспортировки и мер предосторожности. При затаривании и остывании в упаковке, напротив, битумы, полимерно-модифицированные битумы, герметики и т.п. вещества соответствуют 4 классу опасности, который не требует специальных условий для транспортировки и хранения. Поэтому все эти вещества упаковываются путем заливки в горячем (размягченном) состоянии в тару, выполнение которой может быть самым различным. При остывании эти вещества приобретают условно стабильные свойства и форму упаковки, в которую их затарили, что упрощает их транспортировку и хранение.
Наибольшее распространение в качестве подобной тары получили следующие материалы: бумажные или картонные емкости с антиадгезионными покрытиями, металлические бочки, металлические и фанерные малотоннажные контейнеры, разовые мягкие контейнеры (МКР) (BigBag), изготовленные из полипропиленовой ткани с внутренним вкладышем из полиэтилена. При любом виде используемой тары остывшее аморфное вещество приобретает форму брикета.
В таком брикетированном виде аморфные вещества могут транспортироваться на любые расстояния и храниться длительное время.
Для растаривания брикетированных аморфных веществ необходимо их нагреть, чтобы разжиженное вещество под собственным весом отделилось от упаковки и стекло в предназначенную для этого емкость, где его догревают до технологической температуры и перекачивают дальше по назначению.
Известны различные методы и устройства для плавления таких брикетированных аморфных веществ как битум или герметик.
Так, в патенте РФ на полезную модель №107530 (опубл. 20.08.2011) раскрыто устройство для плавления твердых и вязких нефтепродуктов, упакованных в контейнер, в котором нагрев осуществляют с помощью труб теплоносителя, размещенных на основании, на которое устанавливается контейнер. Недостатком этого устройства является длительное время нагрева вследствие того, что трубы сначала нагревают воздух внутри всего устройства, который в свою очередь нагревает подлежащее расплавлению вещество. В результате устройство имеет низкую производительность.
Более производительными являются устройства, в которых нагрев подлежащего расплавлению вещества выполняют нагревательные элементы, на которых размещается брикетированное вещество. Такая битумоплавильная установка описана, например, в авторском свидетельстве СССР №1217968 (опубл. 15.03.1986). В этой установке нагреватели размещены на загрузочной раме, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения по горизонтали. Однако производительность данной установки невысока, потому что нагрев брикета расплавляемого вещества осуществляется только с одной - нижней - его стороны.
Более производительным является битумный котел по авторскому свидетельству СССР №757626 (опубл. 25.08.1980), в котором в загрузочных емкостях для помещения брикетов битума размещены заостренные вверх газоводные трубы, соединенные заостренными сверху поперечными ребрами. Эти заостренные вверх элементы способствуют разрезанию расплавляемого брикета. Однако и это устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога, нельзя признать достаточно эффективным (производительным), поскольку нагрев брикета осуществляется только заостренными верхними частями труб и соединяющих их ребер.
Раскрытие изобретения
Таким образом, существует проблема ускорения расплавления брикетированных аморфных веществ для получения технического результата в виде повышения производительности их расплавления.
Для решения этой проблемы и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложено устройство для плавления брикетированного аморфного вещества, содержащее: емкость, предназначенную для сбора расплава и имеющую сверху отверстие для загрузки подлежащих расплавлению брикетов; термоножи, установленные под отверстием параллельно один другому с чередующимся наклоном режущих кромок; обогреватели, каждый из которых расположен внутри соответствующего термоножа; трубопровод с форсунками, размещенный ниже термоножей и охватывающий проекцию брикета на горизонтальную плоскость, причем форсунки направлены внутрь образованной трубопроводом области; нагреватель, предназначенный для дополнительного нагрева расплава; насос, предназначенный для подачи дополнительно нагретого расплава в трубопровод.
Особенность устройства по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что нагреватель может быть выполнен в виде теплообменника, предназначенного для циркуляции теплоносителя.
Другая особенность устройства по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что каждый из обогревателей может быть выполнен в виде змеевика из труб для циркуляции теплоносителя.
Альтернативная особенность устройства по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что каждый из обогревателей может быть выполнен в виде электронагревательного элемента.
При этом пространство внутри каждого термоножа с установленным в нем обогревателем может быть заполнено материалом с высокой теплопроводностью.
Еще одна особенность устройства по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что боковые поверхности каждого термоножа, идущие от его режущей кромки, могут быть отполированы.
Наконец, еще одна особенность устройства по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что аморфным веществом может быть вещество из группы, включающей в себя битум, полимерно-модифицированный битум, герметик.
Для решения той же проблемы и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложен способ плавления брикетированного аморфного вещества, в котором: помещают подлежащий расплавлению брикет над установленными параллельно один другому термоножами с чередующимся наклоном режущих кромок; нагревают термоножи до первой заданной температуры; дополнительно нагревают по меньшей мере часть расплавленного аморфного вещества до второй заданной температуры, превышающей первую заданную температуру; подают дополнительно нагретый расплав в трубопровод с форсунками, направленными на выходящую из-под термоножей часть расплавляемого брикета.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые элементы помечены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показана схема устройства по настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показано расположение термоножей и трубопровода с форсунками.
На Фиг. 3 показано возможное расположение форсунок.
Подробное описание вариантов осуществления
Устройство по первому объекту настоящего изобретения выполнено по схеме, показанной на Фиг. 1. Это устройство содержит емкость (резервуар) 1, которая предназначена для сбора расплава 2, т.е. расплавленного аморфного вещества, к примеру, битума (далее для простоты изложения везде упоминается именно битум, но это, однако, не означает каких-то ограничений; в качестве расплавляемого аморфного вещества может быть также полимерно-модифицированный битум, герметик или иное подобное вещество). Емкость 1 имеет сверху отверстие 3 для загрузки подлежащего расплавлению брикета 4 битума.
Внутри емкости 1 под ее отверстием 3 установлены термоножи 5, выполнение которых описано далее. Каждый термонож 5 имеет наклонную (относительно вертикали) режущую кромку 6. Все термоножи 5 установлены параллельно один другому, причем наклоны их режущих кромок 6 чередуются. Каждый термонож 5 может иметь форму прямоугольного треугольника, гипотенуза которого является режущей кромкой 6, либо ему может быть придана форма прямоугольной трапеции, основания которой проходят вертикально, а режущей кромкой 6 является наклонная боковая грань, как показано на Фиг. 1 и 2. В принципе, конкретная форма термоножа 5 может быть и иной, к примеру, в виде параллелограмма или неправильного четырехугольника, одна из сторон которого, образующая режущую кромку, проходит под углом к вертикали. Этот угол (верхний угол термоножа 5 на Фиг. 1 или 2) выбирается менее 90° (предпочтительно не более 60°), но так, чтобы режущая кромка 6 предпочтительно проходила по всей ширине расплавляемого брикета 4.
Термоножи 5 могут изготавливаться из любого прочного и теплопроводного материала, например, из стали (включая нержавеющую сталь) или различных сплавов меди либо алюминия. Каждый термонож 5 выполнен полым. Для изготовления термоножа 5 можно использовать листовые материалы, раскраивая их с помощью фрезерования, лазерной или плазменной либо струйно-абразивной резки. Готовые заготовки могут сгибаться либо свариваться или соединяться иными способами для образования режущей кромки 6. Все боковые поверхности каждого термоножа 5, идущие от его режущей кромки 6, могут быть отполированы для уменьшения трения в процессе разрезания битума или иного аморфного вещества, чтобы этот процесс проходил быстрее.
Полая конструкция термоножа 5 предназначена для того, чтобы разместить внутри него обогреватель 7. Обогреватели 7 могут быть выполнены в виде электронагревательного элемента (спирали) или в виде показанного на Фиг. 1 змеевика из труб, предназначенных для циркуляции по ним теплоносителя. Пространство внутри термоножа 5 вокруг обогревателя 7 может быть заполнено материалом с высокой теплопроводностью, например, залито алюминием или его сплавом, а при достаточной герметичности всей конструкции может быть заполнено атермальным маслом или аналогичным материалом.
Ниже нижнего края термоножей 5 внутри емкости 1 размещен трубопровод 8, охватывающий проекцию брикета 4 на горизонтальную плоскость. В этом трубопроводе 8 выполнены форсунки 9, направленные внутрь области, образованной трубопроводом 8, как показано на Фиг. 2 и 3. На Фиг. 1 форсунки 9 условно показаны видимыми. Количество форсунок 9 и размер их отверстий, а также давление, под которым через эти форсунки 9 подается дополнительно нагретый расплав 2, выбираются исходя из того, каков размер подлежащего расплавлению брикета 4 и какое вещество нужно расплавить. Предпочтительно, форсунки должны формировать струи горячего расплава 2, которые способны разрезать выходящее из-под термоножей 5 полурасплавленное вещество брикета 4. Целесообразно располагать на стороне трубопровода 8, параллельной плоскости термоножей 5 (левой на Фиг. 2 и 3), форсунки 9 в количестве не меньше, чем число термоножей 5. На перпендикулярной стороне трубопровода 8 (правой на Фиг. 2 или нижней на Фиг. 3) форсунки 9 целесообразно располагать по крайней мере напротив промежутков между термоножами 5. Фиг. 3 иллюстрирует один из возможных вариантов расположения форсунок 9 по периметру трубопровода 8.
Как показано на Фиг. 1, устройство по первому объекту настоящего изобретения содержит нагреватель 10, предназначенный для дополнительного нагрева расплава 2. Этот нагреватель может быть выполнен, например, в виду теплообменника, в котором проходит труба 11, соединяющая насос 12 с трубопроводом 8. Насос 12, в свою очередь, соединен отрезком 13 трубы с емкостью 1 для перекачивания части расплава 2 через нагреватель 10 и для подачи дополнительно нагретого расплава в трубопровод 8. В принципе нагреватель 10 может быть установлен непосредственно под емкостью 1, и тогда надобность в отдельном теплообменнике отпадает.
На Фиг. 1 ссылочными позициями 14 и 15 обозначены патрубки для подачи теплоносителя внутрь обогревателей 7 в случае их выполнения в виде змеевиков из труб и для вывода теплоносителя из этих змеевиков, соответственно. Сплошные стрелки возле этих патрубков показывают направление движения теплоносителя, а пунктирные стрелки - направление движения дополнительно нагретого расплава. При выполнении обогревателей 7 в виде электронагревателей на месте этих патрубков будут находиться соответствующие выводы для подключения к электропитанию.
Ссылочная позиция 16 обозначает трубу с теплоносителем, проходящую внутри нагревателя 10 при выполнении его в виде теплообменника. В случае, когда нагреватель выполнен в виде электронагревательного элемента, охватывающего трубу 11, труба 16 с теплоносителем будет очевидно отсутствовать.
На Фиг. 1 не показана система закачки теплоносителя, блок управления обогревателями и нагревателем, средства установки подлежащего расплавлению брикета 4 и средства отвода расплава 2, которые могут иметь любое известное специалистам или специально разработанное выполнение и которые не входят в объем притязаний по настоящему изобретению.
Способ по второму объекту настоящего изобретения реализуется в описанном устройстве следующим образом.
Брикет 4 битума (или иного аморфного вещества) в твердом состоянии размещается в отверстии 3 емкости 1, попадая своим дном на разогретые обогревателями 6 до первой заданной температуры термоножи 5. Эту первую заданную температуру выбирают такой, чтобы обеспечить по меньшей мере плавление вещества брикета 4. В результате твердый брикет 4 начинает размягчаться и, далее, расплавляться. Под действием собственного веса брикет 4 опускается, разделяясь на отдельные фрагменты (пласты), которые по мере опускания размягчаются все больше от соприкосновения с предпочтительно отполированными боковыми поверхностями каждого термоножа 5, идущими от его режущей кромки 6. Получающийся в результате расплав 2 поступает в емкость 1.
На выходе из-под термоножей 5 пласты полурасплавленного битума или иного аморфного вещества попадают под струи дополнительно разогретого до второй заданной температуры расплава, поступающего под действием насоса 12 из нагревателя 10 по трубопроводу 8. Вторая заданная температура выбирается выше первой заданной температуры так, чтобы обеспечить текучее состояние дополнительно нагреваемого при этом расплава 2, в котором он может легко перегоняться по трубопроводу 8 под действием насоса 12. Выбрасываемые из форсунок 9 струи этого дополнительно разогретого расплава еще более разрезают фрагменты аморфного вещества, уже разрезанные термоножами 5, и размывают их. Получающиеся мелкие и размягченные фракции брикета 4 попадают в нижнюю часть емкости 1, где окончательно расплавляются, благодаря чему процесс плавления брикетированного аморфного вещества существенно ускоряется.
Ускорение процесса плавления брикетов битума или подобного вещества позволяет не только экономить электроэнергию, но и существенно сократить расходы на приобретение и обслуживание большего количества менее производительных установок.