Установка термическая газофазная вакуумная

Настоящая полезная модель относится к химическому машиностроению и может быть использована в технологических процессах полимеризации и вулканизации изделий под давлением в среде азота и воздуха.
Известен автоклав для полимеризации композитных материалов, раскрытый в патенте РФ на полезную модель №176142 (опубл. 09.01.2018). Известный автоклав содержит корпус, крышку загрузочного люка, электродвигатель, лопастное колеса, нагреватель воздуха, экран, рельсовый путь. Электродвигатель установлен в кожухе, прикрепленном к крышке заглушенного люка, расположенного противоположно загрузочному люку, на наружной поверхности кожуха выполнен теплообменник, на внутренней поверхности корпуса в районе расположения лопастного колеса установлены равномерно расположенные по окружности электронагреватели воздуха, экран состоит из двух отдельных частей - цилиндрической и конической, между которыми установлен холодильник, выполненный в виде трубчатого радиатора, на наружной поверхности трубок которого выполнены охлаждающие ребра.
Известен автоклав для полимеризации композитных материалов, раскрытый в патенте РФ на полезную модель №181322 (опубл. 10.07.2018). Известный автоклав содержит корпус с загрузочным люком, направляющее устройство, электродвигатель, лопастное колесо, датчики температуры. На внутренней поверхности корпуса в зоне расположения лопастного колеса установлены нагревательные элементы и теплообменник. В нижней части теплообменника выполнена распределительная камера с возможностью подачи воды, образуя основной контур охлаждения теплообменника. в верхней части теплообменник дополнительно снабжен штуцером для выброса пара. Штуцер для подачи воды верхней распределительной камеры соединен с регулирующим клапаном. Распределительная камера в верхней части теплообменника выполнена с возможностью периодической подачи воды, образуя дополнительный контур охлаждения теплообменника.
Однако известные решения не позволяют обеспечить достаточную контролируемость технологических процессов. Это связано с использованием нагревателей с теристорным управлением, что не обеспечивает быстрый разогрев автоклава и затрудняет плавное регулирование рабочей температуры в нем. Помимо этого, применяемые средства коммуникации с внешними системами (в том числе, с системами автоматизированного контроля технологического процесса) и средства охлаждения также отрицательно влияют на контролируемость работы технологического оборудования в целом.
Техническая задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в обеспечении качества обрабатываемых изделий из полимерных композитных материалов.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в улучшении контролируемости технологического процесса полимеризации и вулканизации изделий.
Технический результат достигается настоящей полезной моделью, в соответствии с которой установка термическая газофазная вакуумная состоит из автоклава, представляющего собой цилиндрический корпус со стационарно установленными в нем теплообменником, аэродинамическим кожухом и рельсовый путем, при этом в упомянутом корпусе выполнены штуцера и фланцевые соединения для подключения внешних трубопроводов системы автоматизации, блокировок и охлаждения, датчиков технологического процесса и предохранительных клапанов, которые установлены на корпусе автоклава, роторного нагревателя, соединенного с автоклавом посредством проходного фланца, вакуумного блока, предназначенного для создания вакуума внутри автоклава, блока управления, предназначенного для обмена данными и командами с датчиками технологического процесса и внешними системами автоматизации, блокировки и охлаждения. В дополнение к этому в корпус автоклава встроены трубчатые электронагреватели, теплообменник представлен газоводяным кожухотрубным теплообменником, автоклав снабжен отдельными ресиверами воздухо- и азотоснабжения, при этом блок управления реализован на базе контрольно-измерительных приборов, частотных преобразователей, программируемых локальных контроллеров и выполнен с возможностью автоматического поддержания глубины вакуума.
В частности, цилиндрический корпус представлен сосудом с приварным дном и крышкой, способной соединяться с сосудом посредством байонетного затвора,
В частности, цилиндрический корпус установлен на трех силовых опорах, две из которых выполнены подвижными
В частности, датчики технологического процесса представлены манометрами и вакуумметрами.
В частности, автоклав дополнительно снабжен сбросным трубопроводом для азота и воздуха.
В частности, автоклав дополнительно снабжен системой освещения.
В частности, блок управления выполнен с возможностью реализации функции безопасности "человек в автоклаве".
Настоящая полезная модель проиллюстрирована одной фигурой, на которой представлен чертеж заявленной установки.
В варианте осуществления автоклав включает корпус 1, представленный горизонтальным цилиндрическим сосудом с приварным эллиптическим днищем и эллиптической крышкой 2, соединяемой с корпусом при помощи байонетного затвора. Герметичность соединения обеспечивается уплотнителем специального профиля, расположенным в кольцевом пазу фланца корпуса. Для поворота байонетного кольца и открывания крышки автоклав снабжен двумя электромеханическими приводами. В автоклаве стационарно установлены аэродинамический кожух и рельсовый путь, а также имеются штуцера и фланцевые соединения 3 для подключения внешних трубопроводов системы автоматизации, блокировок и охлаждения. В приварной крышке корпуса предусмотрен проходной фланец для установки роторного нагревателя. На корпусе автоклава смонтированы манометры и вакуумметры для контроля за проведением технологического процесса, а также два предохранительных клапана.
Корпус 1 автоклава установлен на трех специальных силовых опорах 4, крайние опоры – подвижные для компенсации тепловых расширений металлоконструкции установки.
Для создания вакуума в пространстве между технологическим резиновым мешком и изделием в зоне покрытия предусмотрен вакуумный блок. Блок состоит из двух вакуумных золотниковых агрегатов типа НВЗ-5ОД, объемных ловушек для сбора летучих продуктов полимеризации, запорной арматуры и трубопроводов. При проведении термической обработки полимерного материала используется один вакуумный агрегат, второй же является резервным. Включение вакуумного блока осуществляется с блока управления. Дальнейшая работа и поддержание вакуума в заданных технологическим процессом пределах происходит автоматически под контролем блока управления. Вакуумные агрегаты охлаждаются проточной водой, поступающей из цеховой магистрали.
Роторный нагреватель предназначен для нагрева газовой среды автоклава до температуры +250°С и автоматического поддержания температуры в заданных программой пределах. Установка роторного нагревателя включает в себя электродвигатель постоянного тока типа 2ПН315LУ4 мощностью 200кВт, подшипниковую опору, торцевое уплотнение, компенсатор, колесо, представляющее собой центробежный вентилятор полузакрытого типа, и крепится к фланцу, расположенному на корпусе автоклава.
Для исключения влияния температурных деформаций корпуса 1 автоклава относительно роторного нагревателя используется компенсатор, представляющий собой сильфон с приварными фланцами. Компенсатор установлен между корпусом автоклава и роторным нагревателем соосно валу привода.
Пульт управления предназначен для распределения, регулирования и автоматического поддержания давления в автоклаве и в уплотнении байонетного затвора, управления работой вакуумного блока, а также для подачи воды в зону охлаждения резиновой прокладки (манжеты), теплообменника 5 и торцового уплотнения.
В заявленной установке изменена схема нагрева изделий в автоклаве, которая теперь является комбинированной. Основной нагрев обеспечивают встроенные в корпус 1 автоклава трубчатые электронагреватели (ТЭН) 6. При этом роторный нагреватель уже только обеспечивает минимально необходимую скорость циркуляции газообразного теплоносителя (азота или воздуха) в контуре автоклава и сопутствующий этому дополнительный подогрев теплоносителя. Скорость разогрева автоклава регулируется изменением мощности работающих ТЭН 6. Такая схема ускоряет разогрев автоклава, обеспечивает более плавное регулирование рабочей температуры в нем.
В состав автоклава включен новый газо-водяной кожухотрубный теплообменник 5, обеспечивающий необходимую скорость охлаждения автоклава. Для реализации точного регулирования и управления процессами работы установки, модифицирован блок управления, реализованный на базе современных средств – контрольно-измерительных приборов, частотных преобразователей, программируемых локальных котроллеров.
Помимо упомянутого выше, вариант осуществления полезной модели предусматривает комплектацию установки отдельными ресиверами воздухо- и азотоснабжения; автоматически регулируемой системой поддержания глубины вакуума; независимой системой внешнего охлаждения оборотной воды с установкой «мокрой» градирни и современной системой подготовки воды для подпитки контура охлаждения. Для повышения безопасности эксплуатации установки предусмотрено оснащение:
- освещением и системой безопасности «человек в автоклаве»;
- сбросным трубопроводом (азота/воздуха) с глушителем для снижения шума, при сбросе давления из автоклава.
Установку термическую газофазную вакуумную используют следующим образом.
Гермоконтейнеры с изделиемями подключают к штуцерам вакуумирования внутри автоклава: рабочим и контрольным. В автоклаве предусмотрено 8 штуцеров рабочих (G3/4) и 8 контрольных (G1/4) для вакуумирования изделий. Устанавливаются термопары.
Включается в работу вакуумный блок. После того, как вакуумметрическое давление (вакуум) достигнет требуемого значения, поддержание его в заданных пределах осуществляется автоматически блоком управления. Вакуум в автоклаве может поддерживаться в заданных пределах от 5 до 60 кПа с погрешностью ±5 кПа.
После проверки вакуумной плотности гермоконтейнера с изделием, закрывают крышку и байонетный затвор, герметизируя автоклав.
Автоклав заполняют азотом (воздухом), подаваемым от ресивера азота через редуцирующий клапан, до достижения необходимого значения. Дальше требуемое давление в автоклаве поддерживается регулирующим клапаном с помощью блока управления. Защита автоклава от превышения давления в нем обеспечивается двумя предохранительными клапанами, установленными на штуцерах автоклава.
Нагрев рабочей среды в пространстве автоклава до заданной техпроцессом температуры осуществляется комбинированно. Сначала включается в работу роторный нагреватель и выводится на минимальные обороты, при которых обеспечивается требуемая скорость циркуляции теплоносителя (азота/воздуха) во внутреннем циркуляционном контуре автоклава. После этого включаются в работу ТЭН 6, установленные в корпусе автоклава, с помощью которых происходит основной нагрев теплоносителя в автоклаве. По достижении требуемой температуры в автоклаве, последняя поддерживается на требуемом уровне, соответствующим автоматическим включением или отключением одного или группы ТЭН 6. При необходимости быстрого снижения температуры в автоклаве, в случае некоторого превышения температуры в процессе разогрева, может подключаться в кратковременную работу дополнительный газо-водяной кожухотрубный теплообменник 5, установленный перед всасывающим патрубком роторного нагревателя. Для этого в теплообменник через верхний патрубок впрыскивается небольшое количество воды через регулирующий кран. При этом часть воды испаряется, охлаждая теплоноситель прокачиваемый через теплообменник 5 роторным нагревателем, а образующийся пар через трубопровод сбрасывается в атмосферу. Таким образом совместная работа ТЭН 6 и охлаждающего теплообменника 5 обеспечивает более тонкое регулирование поддержания заданной температуры в автоклаве.
По окончании технологического процесса обработки изделий для охлаждения рабочей среды в автоклаве из первой «холодной» секции бака насосом оборотная охлаждающая вода подается в дополнительный теплообменник.
Первоначально охлаждающая вода с температурой 25°С, в режиме предварительного охлаждения, подается в теплообменник сверху, где ее подача регулируется клапаном, при этом вся вода (или частично) испаряется. Пар удаляется в атмосферу, а не испарившаяся вода через пневматический работающий дренажно-поршневой клапан отводится в бак.
В завершение охлаждения автоклава, при достижении температуры охлаждения 100 °С, происходит переключение подачи охлаждающей воды на режим основного охлаждения. При этом клапан закрывается, закрывается дренажно-поршневой клапан, и открывается клапан, вода начинает подаваться в нижнюю часть теплообменника и удаляется из верхней части через соответствующий штуцер.
Двигаясь в трубном пространстве теплообменника снизу-вверх, вода охлаждает газовый теплоноситель, прокачиваемый через межтрубное пространство теплообменника роторным нагревателем. Нагретая вода из теплообменника сливается самотеком.
В первоначальный момент подачи охлаждающей воды в теплообменник, возможно вскипание охлаждающей воды на выходе из него. Для предотвращения повышения давления в контуре теплообменника отвод воды из него происходит через гидрозатвор; при вскипании воды образующийся пар идет по пути наименьшего сопротивления мимо гидрозатвора в атмосферу, а вода по мере прокипания «передавливает» (порядка 500 мм вод. столба) гидрозатвор и самотеком стекает в бак,  во вторую «горячую» секцию. Таким образом, встроенный в автоклав дополнительный теплообменник всегда работает, фактически, под атмосферным давлением.
Интенсивность охлаждения автоклава может регулироваться количеством поступающей воды в теплообменник с помощью регулирующего клапана.
После охлаждения автоклава с изделием избыточное давление в автоклаве сбрасывается до атмосферного, открытием запорного клапана с приводом. При сбросе давления из автоклава для снижения воздействия звукового давления на эксплуатационный персонал сбросная труба на выходе на крышу снабжена глушителем шума.
После сброса давления (и контроля его отсутствия в автоклаве) с помощью вентилятора внутреннее пространство автоклава с изделием продувается воздухом, со сбросом последнего в атмосферу, открытием заслонки с приводом.
После продувки байонетный затвор и затем крышка автоклава открываются и изделие извлекается системой перегрузки и транспортировки.