Способ перемешивания жидких полимерных материалов

Способ перемешивания жидких полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

1(58 В2 В104

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ."А ь й) Тйо.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 31)97067/23-05 (22) 22.06.82 (46) 07.10.83. Бюл. М 37 (72) В.Н. Саракуз и Г.M., Тиманьков (53) 678.023. 36(088.8) (56) 1. flBTQHT Франции М 1519683, кл. В 01 О, опублик; 1968.

2. Патент СИЛ И 3%7362, кл. 259-14, опублик, 1969 (прототип). ,(54)(57) СПОСОБ ПЕРЕИЕВИВАНИЯ ЖИДКИХ

ПОЛИИЕРНЦХ МИТЕРИЛЛОВ при проведении массообиеннмх процессов в горизон- тально расположенной цилиндрической емкости, заключающийся. во вращении цилиндрической емкости относительно центральной ее оси со скоростью, обеспечивающей частичное увлечение жидкого полимерного материала стенками цилиндрической емкости, о т л ич а ю ц и и с я тем, .что, с целью увеличения интенсивности массообмена за счет повышения эффективности перемеыивания, цилиндрическую емкость дополнительно врацают со скоростью, обеспечивающей равномерное распределе ние полимерного материала по стенкам цилиндрической емкости,при этом врацение осуществляют с чередованием скоростей вращения при периоде их изменения 1"5 мин, отношении величин скоростей вращения внутри каждого пе" риода 1:(2-3), отношении времен вращения внутри каждого периода при этих скоростях 1;2-3): 1.

1 1046

Изобретение относится к способам перемешивания жидких полимерных мате" риалов при проведении массообменных процессов в химической промышленности., напри«лер, а также может найти испол««" зооание в промышленности синтетического каучука.

Известен способ перемешивания жидких полимерных материалов при проведении массообменных процессов напри- <0 мер, выпаривание кристаллического про дукта из растворов и суспензий), протекающих в горизонтально расположен-, ной цилиндрической емкости, заключающийся во вращении емкости вокруг центральной оси со скоростью, обеспе. чивающей частичное увлечение полимер. ного материала стенками емкости, при". чем для интенсификации материала она заполнена насадкой о виде многогранников (1) °

Недостатком этого способа является низкая производительность массообменных процессов при обработке матери- алоо, которые о. конце цикла обработки 5 являются вяз«<и««и жидкостями, поскольку о результате налипания вязкого материала на поверхностях насадки затруднена выгрузка материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результа, ту к изобретению является способ перемеаивания жидких полимерных матери" алов,,при проведении массообменных про цессов в горизонтально расположенной цилиндрической емкости, заключающий-. ся во вращении цилиндрической емкости относительно центральной ее оси со скоростью, обеспечивающей частич-, ное увлечение жидкого полимерного материала стенками емкости 2 . 4О

Недостатком известного способа яв. ляется низкая интенсивность массообиена, поскольку при перемешивании с укаэанной скоростью поверхность кон такта и кратность циркуляции о жид" ком полимерном материале малы.

Целью изобретения является увеличение интенсивности массообмена за счет повышения эффективности перемешиоания. 50

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перемешивания жидких полимерных материалов при проведении массообменных процессов в го- риэонтально расположенной цилиндрической емкости, заключающемуся во вра. щении цилиндрической емкости относительно центральной ее оси со скорос106 2 тью, обеспечивающей частичное увле= чение жидкого полимерного материала стенками цилиндрической емкости, цилиндрическую е«лкость дополнительно вращают со скоростью, обеспечивающей равномерное распределение полимерного материала по стенка«л цилиндрической емкости,при этом вращение осуществляют с чередованием скоростей вращения при периоде их из«ленения 1-5 мин, отношении величин скоростей вращения внутри каждого периода 1:(2-3) и отношении оре«лен вращения внутри каждого периода при этих скоростях (2-3):1.

Способ осуществляется следующим образом.

В неподвижную горизонтальную расположенную цилиндрическую емкость загружается через загрузочный люк жидкий полимерный материал или несколько различных полимерных материалов. 3атем закрывается загрузочный люк и пр«л необходимых для проведения процесса массообмена температуре и давлении внутри е«лкости вращают ее относительно центральной оси с чередованием двух скоростей вращения при периоде изменения скоростей 1,0-5,0 мин и отношением величин этих скоростей и времен вращения внутри каждого .периода, укаэанных о решении задачи.

Автора>ли установлено, что интенсивность массообмена при проведении мас- » .сообменных процессов может быть значительно повыыена путем чередования скорости вращения цилиндрической емкости, при которой обеспечивается частичное увлечение жидкого полимерного материала стенками емкости со скоростью вращения, которая в 2-3 раза выше пероой. При этой скорости происходит равномерное распределение полимера по стенкам емкости и увелйчение свободной поверхности материала о

Скорость вращения цилиндрической емкости, при которой обеспечивается частичное увлечение жидкого полимерного материала стенками емкости при угле между вершиной потока полимерного материала и наивысшей точкой окружности е>лкости 0-10, так назыо ваемал "критическая" скорость вращения (П1 „)определяется" экспериментально или по уравнению 1

3 10461 где R - внутренний радиус цилиндрической емкости, и;

- средняя толщина слоя жидкого полимерного материала, м;

< - ускорение силы тяжести, и/с - вязкость полимерного материала, нс/м ;

К - электрический ><оэффициент для полимерных материалов с плот- 10 ностью 950-1200 кг/и"-, равный 6,4 10 м /H.

При врацении цилиндрической емкости с критической скоростью находяцийся в ней жидкий полимерный матери- 15 ал перемешивается с наибольшей по сравнению с другими скоростями вращения интенсивностью, при этом происходит постоянное обновление ее поверхности, что способствует увеличению 20 интенсивности процессов массообмена.

Однако> при этом, примерно половина внутренней поверхности цилиндрической емкости не покрыта слоем полимерного материала и не используется. 25

Чередование скоростей в предлагаемом изобретении приводит к тому, что . в период вращения емкости со скоростью в 2-3 раза выше критической равномерное распределение полимерного матери- 30 ала по стенкам цилиндрической емкос- ти происходит практически мгновенно, в то время как в результате действия сил инерции и вязкости разгон слоев полимерного материала до скорости вращенил емкости происходит постепен35 но: быстрее вовлекаются во вращение со скоростью вращения емкости прилегающие к ней слои и медленнее более отдаленные слои. При этом обеспечива. ется сдвиг между отдельными слоями

40 .и их перемешивание. Кроме того, бла" годаря действию центробежных сил обеспечивается интенсивное перемешивание составляющих жидкого полимерного материала с различной плотностью. К мо 45 менту выравнивания скоростей вращения слоя полимерного материала и ем" ности производят переключение снова на более медленную "критическую" скорость вращения. При этом полимерный материал не сразу приобретает эту скорость, наружные его слои продолжают двигаться за счет. сил инерции с прежней скоростью, т.е . быстрее ем-.

1 кости, при этом также обеспечивает" 55 ся сдвиг и переиешивание между слоями. К моменту выравнивания скоростей

06 4 емкости и слоя полимерного материала: последний приобретает первоначальную конфигурацию, т.е. лишь частично увлечен стенками емкости, и далее переключение скоростей повторяется.

Лвтораии экспериментально установдено, что оптимальный период изменения скоростей составляет 1-5 мин перемешивания, а отношение внутри периода времен перемешивания при "крити" ческой",скорости и следующей за ней большей скоростью (2-3):1. Выбор первого соотношения диктуется необходимой кратностью циркуляции внутри жидкого полимерного материала. Выбор вто. рого соотношения определяется .тем, что вследствие наличия инерции у врацающегося полимерного материала при переключении на "критическую" скорость он не сразу приобретает конфигурацию, характерную для этой скорости, продолжая некоторое время двигаться кольцевым слоем. Это уменьшает фактическое время нахождения потока полимерного материала в критическом режиме.

Предлагаемый способ перемешивания жидких полимерных материалов предназначен для процессов массообмена, например, дегазации (обезвоживания — удаление растворителей и воды из жидких полимеров и олигомеров, в том чис. ле удаление ацетона из бифункционального гидроксилсодержащего полимера бутадиена с молекулярной массой 2000, удаление воды из этого же полимера, удаление воды из полиэтиленадипината и т.д.

Пример 1, (контрольный 1 Ilo прототипу. В цилиндрическую емкость диаметром 150 мм и длиной 250 мм загружают 1 кг расплавленного полиэтиленадипината (ПЭ,> с влзкостью 0,1 нс/>л при 100<>С и начальной влажностью 0,54 (мас.) Емкость устанавливают горизонтально относительно центральной оси в подаипниковые узлы и вращают с

"критической" скоростью (П,), равной

115 o6/мин и обеспечивающей частичное увлечение материала стенками емкости.

CI

При перемешивании материала при 100 С и остаточном давлении 100 мм рт.ст. производят дегазацию обезвоживание)

ПЭ. Условия перемешивания и длитель ность дегазации до влажности 0,043 для этого примера и всех последующих приведены в таблице.

Л 1

ВЧ

I (Ф е»

»

1А ВЧ

lb 1A л

ВЧ

an

° ВМ

lA а |ч

° Ф

»

° °

t а

t ,Ю ю >з

0 3 а z

» (o (ч сл

an с (е»

И

1 .Ю w и

Q З а* с(an

О а

ВЧ

D (В1

an

ФП»

И (ч

1»» с с а ! О 1 аА

lA

° а Фч

ЮВ

lA °

О \

ln

ВЧ

t !

» (r.

» а (ч

1 =Ф

I о |

1, 1

» "

c >z а 8

t» R»

IA о л

Л, c a

R * а

° 4Ю ф

I СВВ

4 ! g а

4 C. 3

1 л

1 4

1 QCL

Ве3

O ВЧ

44\ Вс»

ВЧ м а м с % м

°

lA

° а

Фч

|ВС

1 ° ! a а с2 э

"kf

О Вб

М\

ФФЪ °

lA

Ф» м

I

° Э

Ф I

1 !

Ва

° В, !

Ф

Ф о! !

4

I м В

ВЧ I

1 а

В 4

° g CL

I C»»

В о е

g м

° Ч

° ф

° »

° В

«1

О ВВ\

В((б ее

ВВФ М

1А л а

° ВЧ о м

ВЧ ВЧ

У(В м о м м ю

° 4(\ о аА

М\ м

I !

В б

C и

ВВ и а

У 1» Ф

В(«

Ъм8

1 !

1 !

1 1

1 Ф I

1 Iе з

1 4 Ъ I

1 |»

1 I X з ао а«с х с к (а(1I C» Ф авi! 0 46 «Ф 06

И ее

Щ Ф!

I ю!

1 сЮ; Ф

D 1

I ! с

1

I

О 1 .т с

t с

1

1

И 1

t с

1 с с

Iat С

CV 1 (1

I

5h t (at

t !

1

1

ln 1

Ф 1

1 !

f

О |

lA t

1

I

О 1

1 4 Ф

I !

I

t ! ч

|Ч (1

I

I

Ю 1

lA (Ф распределение материала по стенкам емкости Пр ак-- 230 об/мин.

П р и >л е р 8. Перемешивание в процессе дегазации (обезвоживан>1я) ПЭ проводят наи в примере 7, но при скорости fl „,равной 290 об/мин.

П р и и е р 9 (контрольный). Пере>лешивание в процессе дегаэации (обезвоживания) ПЭ проводят как в примере 7, но при скорости П „,равнои 170 об/мин. !

>овй>

Пример 10 (контрольный). Перемешивание в процессе дегазации (обезвоживание) ПЭ проводят как в примере 7, но при скорости П рав1>Ове > ной 4>60 об/мин.

Пример 11 ° Перемеаивание дегаэацию (обезвоживание ) ПЭ проводят как в примере 4, íî при это>л период чередования скоростей устанавливают равным 3 >лин.

П р и и е р 12. Перемешивание в процессе дегазации (обезвоживания)

ПЭ проводят как в примере 4, но при этом уотанавливают период чередования скоростей равным 5 мин.

Пример 3 (контрольный).

Перемешивание о процессе дегазации (обезвоживания) ПЭ проводят как в примере 4, но при этом устанавливаю> период чередования скоростей равным

6 мин.

Пример 14, Перемешивание в процессе дегаэации (обезвоживания)

ПЭ проводят как в принере 4, но при этом устанавливают период чередования скоростей равным 0,5 мин.

П р м е р 15. В цилиндрическую емкость загружают 1 кг бифункционального гидроксилсодержащего полимера бутадиена с молекулярной массой 2000 .с вязкостью 1 нс/и -с содержанием аце. тона 103 (мас.). Далее дегаэацию (удаление растворителл) до содержания ацетона О,l (мас. ) проводят как в примере 4, но при скорости П равной 66 об/мин, скорости fl „равной. р >ЬН

1.65 об/мин.

Il р и и е р 16. В цилиндрическую е>лкость загружают 1 кг бифункциональ" ного гидроксилсодержащего полимера бул тадиена с молекулярной массой 2000 с влэкостью 1 нс/м и содержанием во. ды 5 . Далее дегазацию (обезвоживание > полимера проводят как в примере 4, но при скорости f1<, равной

66 об/мин, и скорости П Равной

165 об/мин.

7 1046106

П р и м e p 2. В цилиндрическую е>лкость диа>летром 150 мм и длиной

250 >лм загружают 1 кг расплавленного

ПЭ с вязкостью 0,1 нс/и при 100 С и начальной влажностью 0,53 (дас.) .

Емкость устанавливают горизонтально относительно центральной оси в подшипниковые узлы и вращают при чередо-» вании двух скоростей вращения. Период чередования скоростей 1 мин. Внутри !л периода время вращения при скорости П!(г=- 115 об/мин, обеспечивающей частмчное увлечение материала стенка>ли емкости <кр 45 с и время вра>>feHHA (Tp05>> > flp>1 сКоросТ>1 (П!>дв>> ), . равной 350 об/мин и обеспечивающей равномерное распределение материала по стенкам емкости, Г > >>=- 15 с. При

100 С и остаточном давлении 10 мм рт.ст. производят дегазацию (обезвоживание) ПЭ.

Пример 3. Перемешивание в процессе дегазации (обезвоживанил)

ПЭ проводят как в примере 2 при том

we периоде чередования скоростей, равном 1 мин, но время вращения при скорости П к» равно 3."кр =- 40 с; время вращения при скоРости И „ Равноь @

20 с.

П р и м e p 4, Пере>лешивание в процессе дегазации (обезвоживанил) ПЭ проводят как в примере 2 при том же периоде чередования скоростей, равном юлин, но вре>лл вращения при скорос" ти П „, равно Y p =- 43 с; время враще. ния при .скорости !1 п >, равно7 <щр 17 с З5

П р и м,е р 5 (контрольный). Пере>лешивание в процессе дегазации (обез" воживанил) ИЭ проводят как в примере 2 при том же периоде чередования ско" ростей, равном 1 >лин, но время враще- 40 ния при скорости П>, равно Ц р =- 48 с, время вращения при скорости П рав-!

>саи ноЧрд н =- 12 с.

П р и >1 е р 6 (контрольный) . Перемешивание в процессе дегазации (обез- 45 . воживанил) ПЭ проводят как в примере 2 при то>л we периоде чередования

1 скоростей, равно>л l мин, но времл вращения при скорости Пх равно Г>, =

= 36 с, времл вращенил при скорости

П в,агав>лоТ о к =- 24 с.

П Р и м е р ",. Перемешивание в .г>роцессе дегазации (обезвоживания)

ПЭ проводят как в примере 2 при том же пе-риоде чередования скоростей, равном

1 мин, и отношении Скр ."Сровн,равном

3:1, но при этом устанавливают ско" рость, обеспечивающую равномерное.

9 1046

П р и и е р 17. Дегазацию ((обезвоживание ) ПЭ осуществляют также, как в примере 1, но перемешивание проводят при скорости, обеспечивающей равномерное распределение ПЭ по стенкам емкости ПРО,„), равной 290 об/мин.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ перемешивания по1 зволяет примерно в четыре раза умень- 10 шить время .дегазации (обезвоживания) жидких полимерных материалов, т.е. увеличить интенсивность массообмена, по сравнению с известным.

Таким образом, предлагаемый спо- 15 соб благодаря тому, что перемешивание проводят при чередовании скорости,. обеспечивающей частичное увлечение жидкого полимерного материала стен" ками емкости, и скорости, обеспечива- 2О ющей равномерное распределение поли". мерного материала по стенкам емкости, при периоде изменения скоростей

106 10

1-5 мин и отношении величин указанных скоростей и времен вращения внутри каждого периода при этих скоростях

1:(2-3) и (2"3 }:1 соответственно, о6е;печивает увеличение интенсивности массообмена.

Экономический эФФект от использования предлагаемого способа в промышленности в процессе обезвоживания, применяемого для изготовления плоскозубчатых ремней, по сравнению с базовым объектом, в качестве которого ., взят используемый в указанном производстве способ перемешивания вращающейся лопастной мешалкой скорость вращения мешалки 120 об/мин ), ожидается за счет сокращения брака плоскозубчатых ремней из-за неудовлетворительного обезвоживания ПЭ с 20 до

23 и составляет при производстве .100 тыс. ремней в год и стоимости одного ремня 2 руб. - 36 тысяч руб, в год.

Составитель Л. Кольцова

Редактор A. Гулько Техред И Гайду Корректор А.Ференц

Заказ 7628/15 Тираж 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 0 5 Москва Ж-Я Раушская наб. g, 4/g

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4