СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТА СЕПАРАТОРНОЙ ЛЕНТЫ
METHOD OF SEMI-FINISHED SEPARATION BAND PROCESSING

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу обработки полученной методом экструзии и каландрирования сепараторной ленты, поры которой заполнены реологической жидкостью, и может быть использовано при изготовлении сепараторов для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Известен способ обработки сепараторов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, согласно которому пористый материал, полученный спеканием полихлорвиниловой смолы, с целью улучшения смачиваемости электролитом, промывают от примесей теплой водой, погружают в раствор сульфанола и подвергают сушке (М.А. Досоян, В.В. Новодережкин, Ф.Ф. Томашевский. Производство электрических аккумуляторов.- М.: «Высшая школа», 1977, с.111-112).
Недостатком известного способа является низкая эффективность растворения и удаления из пористого материала реологических жидкостей, например индустриальных масел, используемых при экструзии и каландрировании сепараторной ленты, что делает неэффективным практическое применение способа в этом случае.
Из предшествующего уровня техники (Раздел 3.2. «Экстракция масла и сушка сепараторной ленты» Технологической инструкции ОАО «Тюменский аккумуляторный завод» «Производство полиэтиленовой сепараторной ленты с применением трихлорэтилена» - ближайший аналог) известен также способ обработки полуфабриката сепараторной ленты, полученной методом экструзии и каландрирования, включающий погружение ленты в растворитель, ее непрерывную подачу противотоком растворителю, сушку очищенной от реологической жидкости ленты контактным методом и отвод раствора реологической жидкости в растворителе на регенерацию. Известный способ реализуют в многосекционном модуле, при этом отвод на регенерацию раствора осуществляют из первой, по направлению движения ленты, секции модуля, а подачу растворителя - в последнюю, по ходу ленты, секцию модуля.
Недостатком известного способа является низкое качество обработки полуфабриката сепараторной ленты, что сопровождается значительным, до 21%, остаточным содержанием в порах ленты индустриального масла, снижающим полезный объем пор ленты, заполняемых электролитом.
Другим недостатком известного способа обработки полуфабриката сепараторной ленты является недостаточно высокая эффективность использования растворителя, обусловленная существенной неравномерностью распределения концентраций растворителя и индустриального масла в объеме взаимодействующих жидких фаз и низкой интенсивностью массообмена на поверхностях раздела заполненных маслом пор ленты с движущимся раствором.
Заявляемое изобретение предусматривает улучшение качества обработки полуфабриката сепараторной ленты и эффективности использования растворителя за счет повышения коэффициента диффузионно-конвективного массообмена.
Указанный технический результат обеспечивает предлагаемый способ обработки полуфабриката сепараторной ленты, поры которой заполнены реологической жидкостью, включающий, как и известный способ, погружение ленты в растворитель и ее непрерывное протягивание противотоком растворителю, сушку очищенной от реологической жидкости сепараторной ленты контактным методом и отвод раствора реологической жидкости в растворителе на регенерацию, и отличающийся тем, что согласно предлагаемому изобретению растворитель предварительно нагревают до температуры ниже температуры его кипения, а сепараторную ленту омывают с обеих сторон перекрестно движущимися относительно ленты струями раствора, подавая струи параллельно плоскости ленты и чередуя направления их движения.
Заявляемое изобретение позволяет за счет предварительного нагрева растворителя до температуры ниже температуры его кипения значительно снизить вязкость индустриального масла, а подача струй раствора перекрестно направлению движения сепараторной ленты способствует усилению пульсаций давления и турбулентности потоков растворителя и образующегося раствора на поверхности пор, заполненных маслом. Кроме того, при подаче струй раствора параллельно плоскости ленты и чередовании направления их движения происходит активный вынос с поверхностей пор ленты образующегося раствора и замещение его свежим раствором из окружающего сепараторную ленту объема, что способствует увеличению градиента концентраций в процессе растворения масла из пор. Таким воздействием устраняются застойные зоны, выравнивается концентрация масла в объеме раствора и возрастает эффективность использования растворителя. Суммарный результат описанных технологических операций может быть выражен в повышении коэффициента диффузионно-конвективного массообмена.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить плавное изменение вязкости реологической жидкости путем регулирования тепловой мощности на стадии предварительного нагрева растворителя до заданной температуры, не доводя растворитель до кипения. Интенсивность подачи струй раствора перекрестно направлению движения сепараторной ленты и длина струй плавно изменяются путем регулирования подачи циркуляционных насосов в зависимости от стадии обработки сепараторной ленты, то есть от свойств раствора (вязкости, степени загрязнения растворителя удаляемой реологической жидкостью), обеспечивая эффективное протекания массообменных процессов. Чередование направлений движения струй раствора (прямой или обратный вынос с поверхностей пор ленты образующегося раствора и замещение его свежим раствором из окружающего сепараторную ленту объема) осуществляется исходя из условий формирования вращающихся объемов раствора с обеих сторон сепараторной ленты между смежными струями. Движение струй циркулирующего растворителя параллельно плоскостям сепараторной ленты обеспечивается направлением струй, оси которых расположены в плоскости ленты, на ребра самой ленты.
Благодаря простоте и гибкости реализации способа обработки полуфабриката сепараторной ленты, поры которой заполнены реологической жидкостью, заявляемое изобретение может применяться для обработки лент, изготовленных с применением различных полимеров и реологических жидкостей, а также отличающихся размерами и требованиями технологии производства.
Технические решения, совпадающие с существенными признаками изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в улучшении качества обработки полуфабриката сепараторной ленты и эффективности использования растворителя за счет повышения коэффициента диффузионно-конвективного массообмена, и может применяться для обработки лент, изготовленных с применением различных полимеров и реологических жидкостей, а также отличающихся размерами и требованиями технологии производства, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Подтверждение возможности осуществления заявляемого изобретения изложено в нижеследующем подробном описании примеров использования способа обработки полуфабриката сепараторной ленты, поры которой заполнены реологической жидкостью, со ссылкой на схематический чертеж, на котором представлена упрощенная технологическая схема установки согласно изобретению. Установка для обработки полученной методом экструзии и каландрирования сепараторной ленты, поры которой заполнены индустриальным маслом, включает корпус 4, разделенный перегородками 8 на секции, над торцевыми стенками корпуса 4, а также в горизонтальной плоскости над перегородками 8 по всей длине корпуса установлены ролики 10, направляющие сепараторную ленту 2 при ее протягивании в процессе обработки через раствор 3 масла в растворителе. Направляющие ролики верхнего ряда установлены консольно для облегчения заправки сепараторной ленты в установку. В торцевой стенке первой по направлению движения ленты секции корпуса 4 установлен патрубок 1 отвода конечного раствора на регенерацию, а в торцевой стенке последней секции установлен патрубок 6 подачи растворителя в установку. Резервные патрубки слива раствора и растворителя из каждой секции не показаны на схеме. Растворитель 5, заполняющий последнюю по ходу ленты секцию, подогревается масляным нагревателем 7. В боковых стенках каждой секции корпуса 1 установки размещены патрубки 9 отбора раствора, соединенные с циркуляционными насосами 11, нагнетающими раствор по трубопроводам 13 в патрубки 12, формирующими и направляющими струи 14 циркулирующего раствора на боковые ребра сепараторной ленты 2 параллельно ее плоскости. Благодаря чередованию направлений подачи струй циркулирующего раствора с обеих сторон сепараторной ленты между смежными струями формируются вращающиеся объемы 15 раствора.
Пример 1. Для осуществления способа обработки полуфабриката сепараторной ленты, поры которой заполнены индустриальным маслом И - ЗОА по ГОСТ 20799-98 (Технические Условия), использовали в качестве растворителя трихлорэтилен по ГОСТ 9976-94, сорт первый. В качестве опытных образцов использовали полуфабрикат полиэтиленовой сепараторной ленты для автомобильных стартерных аккумуляторных батарей, тип I, по качеству соответствующей ТУ 2245-005-58151040-2006. Для опытов отбирали методом случайных чисел три бухты полуфабриката сепараторной ленты. Образцы ленты 2 шириной 160 мм, толщиной ребер 1 мм, толщиной тела ленты 0,25 мм и длиной примерно 150 м, намотанные на бухты, заправляли в корпус 4 установки между направляющими роликами 10 верхнего и нижнего рядов, начало ленты пропускали через устройство контактной сушки (не показано на схеме), закрепляли в намотчик, который позволял протягивать ленту 2 с заданной скоростью движения через установку с раствором 3 и растворителем 5.
Затем в последнюю по направлению движения сепараторной ленты секцию корпуса 4 установки через патрубок 6 подавали трихлорэтилен 5 и параллельно с помощью масляного нагревателя 7 осуществляли медленный нагрев трихлорэтилена до 35-40°С, подавая его до заполнения всех секций корпуса 4 установки выше уровня сепараторной ленты 2 на 100-150 мм. После этого включали циркуляционные насосы 11 и подавали по трубопроводам 13 в патрубки 12 раствор, формируя в каждой секции чередующиеся потоки струй 14 раствора, направленные на ребра ленты 2 параллельно ее плоскости. При этом верхнюю и нижнюю плоскости ленты обрабатывали струями циркулирующего раствора и между смежными струями формировали вращающиеся объемы 15 раствора. Регулируя производительность насосов, подбирали такие условия взаимодействия гидродинамических потоков с поверхностью сепараторной ленты и друг с другом в каждой секции корпуса 1, при которых происходило стабильное перемешивание раствора и резкое сокращение объемов застойных зон.
На следующем этапе, не прекращая подачу через патрубок 6 растворителя, регулирование на заданном уровне его температуры и отвод через патрубок 1 конечного раствора, осуществляли протягивание ленты 2 через установку со скоростью 0,5 м/с в течение примерно 2,5 мин, добиваясь стационарного режима обработки сепараторной ленты раствором. Затем останавливали протяжку сепараторной ленты и осуществляли одновременный отбор образцов длиной примерно 6000 мм полуфабриката ленты (перед входом в установку, образец 1) и высушенной сепараторной ленты (после устройства сушки, образец 2). Длину образцов отмеряли с помощью рулетки с ценой деления 1 мм и отрезали ножницами, далее образцы помещали в стеклянные стаканы и взвешивали на технических весах с пределом допускаемой погрешности±1 г.  После этого, с целью определения массы образцов «чистой» ленты, взвешенные образцы сепараторной ленты подвергали дополнительной ручной очистке от масла в отдельной ванне, заполненной растворителем. Обработанные результаты примера 1 приведены в таблице, опыты 1-3.
Пример 2. Аналогичные опыты провели согласно способу, принятому за прототип, то есть с отключенными системой циркуляции раствора и подогревом растворителя. Результаты опытов и их обработки приведены в таблице, опыты 4-6.
Анализ данных, приведенных в таблице показывает, что заявляемое изобретение за счет повышения коэффициента диффузионно-конвективного массообмена, обусловленного смыванием с обеих сторон ленты перекрестно движущимися струями раствора, чередованием направления их движения параллельно плоскости ленты и подогревом растворителя, обеспечивает улучшение качества обработки полуфабриката сепараторной ленты и эффективности использования растворителя.
Номер
Показатели
примера
опыта
Масса образца полуфабриката сепараторной ленты, г
Масса образца очищенной сепараторной ленты, г
Степень∗ удаления масла, %
1
1
267,5
155,0
92,0
2
265,5
150,0
91,0
3
262,5
142,5
90,0
2
4
270,0
170,0
83,0
5
267,5
163,0
81,0
6
264,5
157,5
79,0
∗ Показатели рассчитаны с использованием значения массы образцов «чистой» ленты, полученных после дополнительной очистки в растворителе.
В частности, среднее значение степени удаления индустриального масла из пор сепараторной ленты при использовании заявляемого способа составляет примерно 92%. Аналогичные параметры обработки полуфабриката сепараторной ленты по способу-прототипу составляют - 81%. Из сравнения приведенных в таблице данных следует, что объем пор сепараторной ленты, занятых остаточным количеством индустриального масла, при использовании известного способа составляет примерно 19%, а при применении заявляемого способа - только 9%.