Смесители больших объемов

При работе с большими объемами полимерных материалов часто приходится сталкиваться с проблемами неоднородности свойств сырья. Для решения этой задачи могут быть использованы так называемые смесители больших объемов.

Рис. 5.36. Схема пневматического смесителя:

1 — фильтр; 2 — линии газового тока; 3 — корпус смесителя; 4 — сопло; 5 — линии течения сыпучего материала.

Рис. 5.37. Схема гравитационного смесителя:

• 1 — камера; 2 — смесительный колпачок;
• 3 — боковой приток сыпучего материала

Принцип действия смесителей большого объема основан на частичном усреднении свойств полимерного сырья в емкостях (силосах) промежуточного хранения при перемешивании либо за счет аэрационного эффекта под действием струй сжатого воздуха (пневматические) (рис. 5.36), либо за счет сил тяжести (гравитационные) (рис. 5.37).

Шнековые и дисковые смесители-пластикаторы

Шнековые смесители-пластикаторы

В настоящее время ведущими фирмами-производителями предлагается два принципиально отличающихся друг от друга типа смесителейпластикаторов — двухшнековые и одношнековые осциллирующие.

В двухшнековых смесителях корпус либо состоит из нескольких наборных секций, соединяемых между собой с помощью тяг и имеющих возможность быстро заменяться в зависимости от конкретики решаемых задач, либо из двух частей с горизонтальной линией разъема, как это показано на рис. 5.38 [4]. Верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса имеют рубашки обогрева 3 и 4. Для подвода и отвода теплоносителя в рубашки вварены патрубки с фланцами 5 и 6. Внутри корпуса в горизонтальной плоскости расположены два сборных шнека 7, находящихся в зацеплении и вращающихся в одном направлении.

Рис. 5.38. Схема двухшнекового смесителя-пластикатора:

пояснения в тексте Сборные шнеки смесителя представляют собой валы 8, на которые монтируются рабочие насадки (прямые 9 и обратные 10), рабочие смесительные диски 11, а также питающие шнековые насадки 12. Рабочие шнековые насадки и смесительные диски смонтированы в определенной последовательности и закреплены на валах шпонками 13, а питающие шнековые насадки установлены на валах с возможностью свободного вращения.

Передача вращающего момента рабочим шнекам (рабочим дисковым насадкам и смесительным дискам) происходит от вала электродвигателя через клиноременную передачу, вариатор, редуктор-раздвоитель 15 и шлицевые муфты 16.

Питающие шнеки, расположенные в зоне загрузочного отверстия (окна), вращаются независимо от рабочих шнеков с помощью индивидуального привода.

Загрузка компонентов смеси в рабочую полость смесителя производится из бункера через отверстие 17.

Для уменьшения пульсации полимера и создания необходимого давления на выходе к смесителю может присоединяться короткий одношнековый экструдер, к материальному цилиндру которого и крепят фильеру гранулятора. Для подачи смеси в одношнековый экструдер предусматривается адаптер 14.

Корпус смесителя с приводом устанавливается на сварной раме 18.

Принципиальная схема смесителя-пластикатора с осциллирующим движением шнека [5] представлена на рис. 5.39.

Рис. 5.39. Схема смесителя-пластикатора с осциллирующим шнеком:

пояснения в тексте На станине 1 установлен специальный редуктор 2, обеспечивающий вращение и возвратно-поступательное движение шнека. Входной вал редуктора 3 соединен с электродвигателем, например через клиноременную передачу. Выходной вал редуктора соединяется жестко с хвостовиком шнека специальной муфтой 4. Задняя гладкая часть 5 шнека расположена в подшипнике скольжения 6, установленном в корпусе редуктора. Шнек имеет специальный профиль многозаходной нарезки, в проточках которой помещаются три или четыре ряда неподвижных пальцев, закрепленных в разъемном материальном цилиндре 7. При вращении и возвратно-поступательном движении шнека неподвижные пальцы, кинематически связанные с проточками в нарезке, создают сложное петлеобразное движение перерабатываемого термопласта, что обеспечивает высокий смесительный и пластицирующий эффект.

Материальный цилиндр 7 выполнен с разъемом вдоль оси для раскрывания при чистке шнека. Для соединения двух половин материального цилиндра служит клиновой замок 9 и клиновое соединение 10. Для повышения износостойкости внутри корпуса устанавливается азотированная гильза 8 из высокопрочной стали, состоящая также из двух половин, прикрепляемых к частям материального цилиндра болтамипальцами. Материальный цилиндр снабжен рубашкой, в которую подается теплоноситель. По длине материального цилиндра имеются температурные зоны с независимым автоматическим терморегулированием.

Подобные смесители-пластикаторы обеспечивают только пульсирующую подачу материала. Для уменьшения пульсации полимера, нагнетаемого осциллирующим шнеком, к нему присоединяется короткий одношнековый экструдер обычной конструкции, к которому, как правило, и крепят формующую стренги фильеру.

При производстве изделий из полимеров, характеризующихся невысокой термостабильностью, в первую очередь могут быть рекомендованы машины с осциллирующим движением шнека. Пальцы на цилиндре практически служат для очистки шнека. Это сокращает общее время пребывания материала в смесителе и делает данный тип смесителей предпочтительным для смесей, чувствительных к нагреванию. Пальцы на цилиндре разбивают твердые частицы и делают плавление более легким, это улучшает качество смешения и снижает общую температуру материала. При высокой смесительной способности сдвиговые напряжения в перерабатываемом материале в этих экструдерах ниже, чем в двухшнековых. Поэтому меньше выделяется диссипативного тепла и, следовательно, меньше риск начала термической деструкции перерабатываемого полимера.

При получении высоконаполненных композиций в бункеры смесителей-пластикаторов транспортируется заранее подготовленный на других видах смесителей материал с относительно невысокой степенью наполнения. А дальнейшее наполнение осуществляется за счет непосредственного ввода наполнителя в расплав. В зависимости от конструкции смесителя-пластикатора и количества дополнительно вводимого наполнителя его дозирование в расплав может производиться либо в одну, либо в две зоны.

В принципе, в бункер может загружаться как наполненная композиция, так и композиция, не содержащая наполнитель. Однако при этом надо понимать, что количество вводимого в расплав наполнителя ограничено, а потому, чтобы достичь высокого наполнения композиции, необходимо в бункер загружать смесь с максимально допустимым количеством наполнителя.

В ряде технологических процессов, например, для подготовки композиций жесткого и пластифицированного поливинилхлорида, а также для получения концентратов пигментов для пластмасс могут использоваться шнековые смесители-пластикаторы планетарного типа (рис. 5.40).

Рис. 5.40. Схема смесителя-пластикатора с планетарными шнеками (а) и их расположения относительно центрального шнека (б):

1 — центральный шнек; 2 — планетарные шнеки Зона пластикации такого смесителя имеет центральный шнек с нарезкой, выполненной с углом подъема винтовой линии 45°. В зацеплении с этим центральным шнековым валом находятся 6—12 планетарных шнеков, которые в свою очередь сопрягаются с внутренней нарезкой обогреваемого снаружи цилиндрического корпуса машины. Когда центральный шнековый вал приводится во вращение, малые червяки планетарно обкатывают его, свободно вращаясь между корпусом машины и центральным валом. Они не имеют опор и в процессе работы свободно плавают. Каждый планетарный червяк служит как бы винтовым насосом, поскольку его нарезка находится в зацеплении с нарезкой центрального (главного) шнека с одной стороны и внутренней нарезкой цилиндра — с другой. Перерабатываемый материал подается внутрь машины коротким загрузочным шнеком, продвигается далее вперед по ходу машины и затем провальцовывается (разделяется) на тонкие слои в многочисленных зазорах зацеплений. Полимерная композиция, которая попадает в зазор между гребнями, постоянно подвергается кратковременному локальному вальцеванию, но вследствие вращения (раскатывания) с нее быстро снимается нагрузка, и она высвобождается. Вследствие такой тонкослойной развальцовки в полимере за очень короткое время выделяется теплота, необходимая для пластикации, материал перемешивается, пластицируется и при этом гомогенизируется. В зависимости от частоты вращения центрального шнека и вальцующего узла время пребывания материала составляет от 0,5 до 2 мин. В результате обеспечивается хорошее транспортирование в зоне гомогенизации, а также самоочистка системы. В зависимости от характеристик перемешиваемых компонентов могут использоваться планетарные шнеки различной конфигурации (рис. 5.41).

Пластицированный и гомогенизированный материал захватывается последовательно смонтированным коротким шнеком зоны нагнетания и экструдируется через формующий инструмент (на рисунке зона нагнетания не показана). Диаметр нагнетающего шнека примерно соответствует внутреннему диаметру цилиндра в планетарной части. Длина зоны нагнетания в зависимости от технологических задач колеблется от 2 до 4 диаметров шнека.

Рис. 5.41. Планетарные шнеки различной конфигурации.

Шнек и корпус смесителей типа «Трансфермикс» (рис. 5.42) имеют коническую или цилиндрическую форму с противозаходной нарезкой переменной глубины витков червяка и корпуса, при постоянном суммарном поперечном сечении межвитковых каналов червяка и корпуса. Такое периодическое увеличение и уменьшение глубины нарезки витков червяка и внутренней противозаходной нарезки создаются двумя или тремя ступенями смесителя.

Рис. 5.42. Схема и внешний вид смесителя типа «Трансфермикс»:

1 — шнек; 2 — цилиндр; 3 — загрузочный бункер; 4 — муфта; 5 — редуктор привода; б — узел подвода охлаждающей воды к шнеку Благодаря принудительному продольному и поперечному движению материала из каналов червяка в каналы шнека и обратно смесители этого типа обеспечивают удовлетворительное смешение и применяются для различных процессов переработки пластмасс, а также проведения реакций полимеризации.

Рис. 5.43. Схема смесителя с концентрическим шнеком:

1 — загрузочная воронка; 2 — зона предварительного подогрева; 3 — зона плавления и смешения; 4 — зона сдвигового воздействия; 5 — патрубок зоны дегазации; 6 — зона смешения и охлаждения; 7 — зона сдвигового воздействия В смесителях-пластикаторах с концентрическим шнеком (рис. 5.43) червяк имеет переменный диаметр по всей длине и вращается внутри серии концентрических неподвижных колец, смонтированных в цилиндре. При этом ротор может совершать осциллирующие движения, создавая переменные напряжения сдвига.