УСТРОЙСТВО АППАРАТА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА

Полезная модель относится к технике машин и аппаратов для перемешивания дисперсий в системе жидкость-твердое тело, где плотность твердой фазы меньше плотности сплошной фазы. Полезная модель может применяться в области получения синтетических каучуков в нефтехимической промышленности при выделении каучуков из растворов и дисперсий.
Известен способ выделения синтетических каучуков из растворов в легкокипящих углеводородных растворителях или из дисперсий путем водной дегазации, заключающейся в обработке раствора или дисперсии острым водяным паром и горячей циркуляционной водой в крошкообразующем устройстве, отгонке углеводородного растворителя, хлорорганического разбавителя и незаполимеризовавшихся мономеров в одном или в двух последовательно установленных дегазаторах, с выдерживанием температуры водной фазы в дегазаторе в пределах 70-130°С, работающем при избыточном давлении либо под вакуумом, в зависимости от применяемого типа растворителя, разбавителя [П.А.Кирпичников, В.В.Береснев, Л.М.Попова. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. Л., "Химия", 1986, с.130-141, 144-151]. Известна конструкция аппарата, описанная в патенте [РФ №35630, МПК С08С 2/06, C08F 6/10, 27.01.2004]. Верхняя часть второй ступени дегазации выполнена в виде сепарационной камеры, под которой установлена многорядная тарельчатая мешалка, выполненная в виде диска с закрепленными радиальными лопастями. Лопасти закреплены на нижней поверхности диска и расположены к ней под углом, отличным от прямого, при этом торцы вынесены за внешнюю окружность диска. Крошка каучука и водяной острый пар подаются в нижнюю часть аппарата, пульпа отводится снизу. Недостатком известной установки является то, что крошка каучука подается снизу аппарата, из-за своей плотности в сравнении с сплошной фазой, крошка всегда стремится всплыть на поверхность воды, а с увеличением числа оборотов мешалки примыкает к валу. Геометрия лопастей не позволяет поддерживать крошку во взвешенном состоянии, что значительно ухудшает процесс дегазации.
Наиболее близким техническим решением перемешивающего устройства жидких сред, является пропеллерная кольцевая мешалка [ЕР 1716917 A1 Int. C1. B01F 5/00, B01D 53/18, B01D 3/26, B01J 19/32, 02.11.2006]. Известны устройства винтовых пропеллерных механических мешалок с крыловидным профилем [US 2008/0056899 A1 Int. C1. F01D 5/22, 06.03.2008]. Каждая такая мешалка выполнена из цилиндрической ступицы, к поверхности которой жестко прикреплены профильные и плоскопрофильные лопасти, имеющие скругленные или прямолинейные кромки торцевых гребней, приваренные к усеченной цилиндрической поверхности. При этом плоскости всех лопастей мешалки относительно плоскости ее вращения повернуты на острый угол, который изменяется по всей длине лопасти, что позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности внедряться передней кромкой в массу жидкой среды и передвигать ее с определенной скоростью вдоль оси вращения, обеспечивая заданную интенсификацию перемешивания жидкой среды. Описан пример, в котором мешалка, вращаясь, создает осевое движение, направленное на дно аппарата. Известная мешалка не позволяет добиться равномерного распределения крошки каучука по всему объему аппарата, что значительно ухудшает процесс дегазации и массопереноса. При взаимодействии крошки каучука, с любой поверхностью она изменяет свое направление и устремляется вверх, всплывая на поверхность. Представленная конструкция мешалки состоит из 5-7 лопастей. Для интенсивного погружения необходимо создавать потоки большого объема, с помощью которых крошка будет увлекаться вниз на дно аппарата, при этом необходимо, чтобы внутренняя часть аппарата, перемешивающее устройство, содержали как можно меньше металлических конструкций. Применение лопастей в перемешивающем устройстве с переменным углом наклона по всей длине лопасти не позволяет увлечь крошку на дно аппарата, так как в такой лопасти создается закрученное вращение, в которой постоянно действующая на крошку выталкивающая сила преобладает над силой, действующей нагоняемым потоком. Для таких перемешивающих устройств, приходится поддерживать более высокие обороты, при которых крошка примыкает на вал аппарата.
Технической задачей полезной модели является увеличение массопереноса по всему объему аппарата, повышения эффективности и экономичности дегазации крошки каучука и достижения большей чистоты каучука. Техническая задача решается предлагаемым техническим решением, а именно конструкцией перемешивающего устройства рис.1, 2, которое состоит из первой верхней 4-х лопастной мешалки (2), наклон лопастей относительно плоскости вращения составляет острый угол от 20 до 70 градусов, угол атаки по всей длине лопасти остается постоянным, ширина лопастей 0,1D диаметра аппарата, диаметр выбирается из стандартного ряда, но не более 5/9D. Вторая нижняя кольцевая конусообразная лопастная мешалка (4) для создания интенсивного осевого движения, выполненная в виде сбалансированных совмещенных на кубической или цилиндрической поверхности втулки (1) нескольких лопастей (4), одна из двух поверхностей каждой лопасти является рабочей (5) и составляет с плоскостью вращения острый угол от 20 до 70 градусов. Угол атаки по всей длине лопасти остается постоянным. Другой конец лопастей жестко приварен к усеченной конической поверхности (6). Угол наклона граней конуса относительно вертикальной оси аппарата выбирается от 0 до 10 градусов. Высота конической части составляет 5/4 от ширины лопастей второй мешалки. Диаметр кольцевой лопастной мешалки на 1/4 больше диаметра верхней мешалки. Ширина лопастей (4) должна составлять 3/2 от ширины лопастей верхней мешалки (2). На днище аппарата установлены отражательные перегородки (16) для уменьшения первичной циркуляции. Они должны выступать не менее 0.3 метра от начала цилиндрической части аппарата. Нижняя кромка второй мешалки не должна находиться выше 1.5 метра от дна аппарата, учитывая, что она не будет задевать отражательные перегородки. Расстояние между нижней кромкой первой мешалки и верхней кромкой второй мешалки не должно быть более 1.5 метра. В общем виде устройство аппарата рис.3 представляет собой цилиндрический аппарат, который включает (9) двигатель, (10) редуктор, (11) уплотнение торцевое, (12) выход паров углеводорода, (13) крышку, (3) вал, расположенный вдоль вертикальной оси аппарата, (14) ввод продукта, (15) вход воды, (16) отражательные перегородки, (17) дно, (18) подпятник вала, (19) выход продукта.
Мешалка работает следующим образом.
Смесь 3-9% крошки каучука, воды, легкокипящих углеводородов, незаполимеризовавшихся мономеров поступает через вход (14). При вращении вала (3) лопасти первой мешалки разбивают массу крошки, скопившейся на поверхности воды. Из-за конструктивных особенностей, диаметр первой мешалки значительно меньше диаметра аппарата, жидкость, отбрасываемая центробежной силой, создает незначительное давление в зоне Б. В этой области с учетом того, что число оборотов мешалки поддерживается в диапазоне от 50-90 об/мин, крошка свободно перемешивается. Дальнейшее увеличение числа оборотов вызывает скапливание крошки на вале. Лопасти (4) второй мешалки своей передней кромкой врезаются в толщу перемешиваемой жидкой среды и, за счет рабочей поверхности (5) каждой лопасти, жидкость начинает смещаться от передней (7) к задней (8) кромке. Это смещение жидкости от всех лопастей суммируется и направляется вдоль оси вращения (3). В зоне В наблюдается интенсивное осевое движение, направленное ко дну аппарата. При вращении мешалки, с помощью лопастей жидкая среда закручивается вокруг оси, в этой закрученной массе жидкости создается центробежная сила, которая направлена по радиусу вращения к периферии, на которой жидкость встречает преграду в виде усеченной конической поверхности (6). Постоянно нагоняемый поток воды направляется вниз аппарата, увлекая за собой крошку. На дне аппарата установлены отражательные перегородки (16), чтобы уменьшить первичную и увеличить вторичную циркуляцию. Благодаря (6) в зоне Г не увеличивается давление, именно в эту зону отбрасывается крошка от отражательных перегородок устремляясь вверх. Выход продукта осуществляют через патрубки (19). Выход паров растворителя, мономеров и воды происходит через патрубок (12).
Предлагаемое техническое устройство аппарата с двухъярусной механической пропеллерной мешалкой позволяет увеличить объем перемещаемой вдоль оси вращения твердой фазы за счет увеличения скорости осевого потока. Положительный эффект - увеличение интенсивности перемешивания и равномерное распределение крошки в объеме жидкой фазы. Кроме того, для реализации некоторых технологических процессов перемешивания отпадает необходимость использовании в перемешивающих аппаратах циркуляционной трубы, так как выброс жидкости за пределы диаметра такой мешалки не происходит.
Экспериментальные исследования подтвердили технологическую эффективность заявляемого устройства.