CN114953399A - 一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，包括：机筒，机筒内安装有螺杆，螺杆的端部上连接有驱动机构，螺杆有多组并且呈一字型排列在机筒内，多个螺杆之间两两啮合，物料在啮合区域处进行混炼、均化、剪切，机筒3上安装有抽真空排气脱挥组件,抽真空排气脱挥组件包括：排气室、缓冲罐、连接管。本发明在机筒内安装多个一字型排列的多个螺杆，适应性调整增大机筒的内孔截面，使机筒的容积比加大，多出的螺杆和机筒容积带来更多的工作容积，同时由于加大机筒在脱挥排气段的截面积，因而产生高效深度脱挥效果。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料生产设备领域，尤其涉及一种同向平行多螺杆深度脱挥挤出机。
背景技术
高分子材料经过聚合反应及共混改性过程中，会产生有机挥发份。这些有机挥发份需要脱挥排出，使最终制品达到使用标准。目前常见的动态连续脱挥设备为双螺杆挤出机。
由于上述有机挥发份具有沸点高、含量少、与聚合物相容性好的特点。传统的双螺杆挤出机容积比小、需要加大长径比，增加停留时间。但增加停留时间又非常有限，故无法完成挥发份达标要求。而被动的增加热历程和时间导致高分子材料热易分解，影响材料综合性能。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，包括：机筒，所述机筒内安装有螺杆，所述螺杆的端部上连接有驱动机构，物料从所述机筒头端进入，通过螺杆使机筒内的物料沿着机筒缓慢挤出，物料在机筒中移动时进行加热脱挥处理，其特征在于，所述螺杆有多组并且呈一字型排列在所述机筒内，多个螺杆之间两两啮合，物料在啮合区域处进行混炼、均化、剪切，所述机筒3上安装有抽真空排气脱挥组件,所述抽真空排气脱挥组件包括：排气室、缓冲罐、连接管，所述机筒的侧壁上开设有排气孔，所述排气室对接安装到所述排气孔上，所述排气室竖直向上设置，所述排气室的顶部设有开口并且在开口处安装密封盖，所述密封盖上设有视镜，所述连接管安装到所述排气室的侧壁上并且连接管的末端向下倾斜设置，所述缓冲罐安装到所述连接管的末端，所述缓冲罐的顶部通过软管连接到真空设备上，所述缓冲罐的底端安装有液相管道单向阀门。
作为本发明的一种优选方案，所述排气室的容积＞机筒的排气开口截面积×流速×允许冒料时间。
作为本发明的一种优选方案，所述缓冲罐的容积采用如下公式进行确定：
其中P0为标准大气压，P1为脱挥压力，P2为脱挥停止压力，Q为挥发份流量，T为真空表反应时长。
作为本发明的一种优选方案，所述驱动机构包括：主电机、传动箱，所述主电机、传动箱、机筒依次安装到水平设置的床身上，所述传动箱的输入轴通过安全联轴器与主电机的转轴连接，所述传动箱上配备有多个输出轴，多个输出轴分别连接到多个螺杆上。
作为本发明的一种优选方案，所述机筒由多节单元筒对接组成，所述单元筒上设有独立的温控机构进行加热以及冷却的温控处理。
作为本发明的一种优选方案，所述温控机构包括：电加热器、冷却水流道、热电偶测温装置、循环水箱，所述电加热器加装在所述单元筒外，所述冷却水流道围绕设置在所述单元筒的内孔上，所述循环水箱对接到所述冷却水流道的两端，所述单元筒上还配备有热电偶测温装置。
作为本发明的一种优选方案，所述温控机构具体为独立设置的导热油加热系统，通过导热油加热系统实现单元筒内独立的温度控制。
作为本发明的一种优选方案，所述机筒上设有液体计量加料装置，所述液体计量加料装置有两个，两个液体计量加料装置安装到一组间隔设置的单元筒上。
作为本发明的一种优选方案，所述机筒内安装有3-6根螺杆并且呈一字型排列，并且螺杆外径规格为φ72~160mm。
作为本发明的一种优选方案，根据物料性能，所述机筒上配置3-10个真空排气室脱挥组件。
与现有技术相比，本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，具有以下有益效果：
1.本发明在机筒内安装多个一字型排列的多个螺杆， 适应性调整增大机筒的内孔截面，使机筒的容积比加大，多出的螺杆和机筒容积带来更多的工作容积，同时由于加大机筒在脱挥排气段的截面积，因而产生高效深度脱挥效果。
2.本发明的多个螺杆两两啮合，具备2个以上的啮合区域，螺杆每旋转一周都会增加物料混炼、均化、剪切的次数，设备的混炼、分散混合的能力更强，更加有利于物料内部挥发份的释放。
3.本发明在机筒上配置高效的真空排气脱挥组件，真空排气脱挥组件由高效真空排气室及配套部件组成，有效提升脱挥效果。
附图说明：
图1为一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机的整体示意图。
图2为真空排气脱挥组件的侧视图。
图3为真空排气脱挥组件的主视图。
图4为一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机实施例1的机筒示意图。
图5为一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机实施例2的机筒示意图。
其中：1-主电机；2-传动箱；3-机筒；4-真空排气脱挥组件；401-排气室；402-缓冲罐；403-连接管；404-软管；405-液相管道单向阀门；5-液体计量加料装置；6-循环水箱；7-螺杆。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，包括：机筒3，机筒3内安装有螺杆7，螺杆7的端部上连接有驱动机构，物料从机筒3头端进入，通过螺杆7使机筒3内的物料沿着机筒3缓慢挤出，物料在机筒3中移动时进行加热脱挥处理，螺杆7有多组并且呈一字型排列在机筒3内，具体配置3-6根螺杆7，多个螺杆7之间两两啮合，物料在啮合区域处进行混炼、均化、剪切，机筒3上安装有抽真空排气脱挥组件4, 抽真空排气脱挥组件4包括：排气室401、缓冲罐402、连接管403，机筒3的侧壁上开设有排气孔，排气室401对接安装到排气孔上，具体配置3-10个排气室，每个排气室401竖直向上设置，排气室401的顶部设有开口并且在开口处安装密封盖，密封盖上设有视镜，连接管403安装到排气室401的侧壁上并且连接管403的末端向下倾斜设置，缓冲罐402安装到连接管403的末端，缓冲罐402的顶部通过软管404连接到真空设备上，缓冲罐402的底端安装有液相管道单向阀门405。本发明在机筒3内安装多个一字型排列的多个螺杆7，适应性调整增大机筒3的内孔截面，使机筒3的容积比加大，多出的螺杆7和机筒3容积带来更多的工作容积，同时由于加大机筒3在脱挥排气段的截面积，因而产生高效深度脱挥效果，多个螺杆两两啮合，具备2个以上的啮合区域，螺杆每旋转一周都会增加物料混炼、均化、剪切的次数，设备的混炼、分散混合的能力更强，更加有利于物料内部挥发份的释放，并且配置高效的真空排气脱挥组件，真空排气脱挥组件由高效真空排气室及配套部件组成，有效提升脱挥效果。
为保证良好的脱挥效果，为降低排气室401内的气体流速，防止由于流速过快挥分会夹带物料进入排气室401，排气室401截面积为机筒3截面积3~10倍，通过上述设计将排气室401内气体流速控制在2~5m/s。排气室401的长度×宽度或直径略大于机筒3所开排气口的长度×宽度或直径，以便充分利用机筒3开口的气相空间进行排气。为防止物料漫溢到连接管403的管道口，本发明的连接管403需要加高设计以增加排气室401的容积，排气室容积＞机筒排气开口截面积×流速×允许冒料时间，允许冒料时间通常小于30s
本实新型的缓冲罐402形状为圆盘型与管道垂直，圆盘半径是连接管403直径的1.5~2倍，厚度为连接管403直径的2倍，具体实施时通过公式确定缓冲罐402的容积，具体公式如下：
抽真空排气脱挥组件4的各项组成部件均选用不锈钢防腐材料；
以下对本发明的驱动机构进行具体的描述，具体包括：主电机1、传动箱2，主电机1、传动箱2、机筒依次安装到水平设置的床身上，传动箱2的输入轴通过安全联轴器与主电机1的转轴连接，传动箱2上配备有多个输出轴，多个输出轴分别连接到多个螺杆7上。本发明的主电机1采用AC交流或DC直流电机，交流配置交流变频器，直流配置直流变频器，由变频器控制主电机输出转速。根据现场工况可配置防爆型电机，防爆等级Ⅱ类和Ⅲ类。传动箱2采用一轴输入多轴（三至六轴）输出，传动比i=15/7.5/5/3.75/3/2.5，输出转速100~600rpm，传动扭矩等级最高大10T/A³。输入轴配置安全联轴器连接电机轴和传动箱输入轴处，当发生转子卡死等意外情况导致负载过大时，安全联轴器内的安全离合器脱开，从而保护电机和传动箱。通过自行研制高性能齿轮传动箱，轴系与轴承选型设计作了优化提升，关键径向轴承寿命大幅延长；低速通过轴向两路分流传递，承载能力比常规型高出70%，提高了设备加工的适应性；同时传动箱2配套浸油式润滑和循环冷却装置，辅助喷淋，强制过滤，无断油设计，提高了可靠性。油润滑冷却装置由油泵和高效换热器组成，对传动箱内润滑油进行冷却；传动箱2的齿轮采用高性能材料，硬齿面设计，齿面硬度：HRC58-62，磨齿精度6级。
本发明的螺杆7采用啮合型积木组合式原理设计，将功能各异的特殊型螺杆元件经合理设计组合，通过芯轴优化结构串联组合完成。可根据不同材料特性和工艺要求调整，适应各类复杂工艺和物料要求。实际实施中螺杆数量通常为3~6根，螺杆7材料选用适用各类耐腐、耐磨的合金钢材料，螺杆7外径φ=71mm~160mm，螺杆7长径比L/D=28:1-60:1，螺杆7外径和螺槽比值D/d=1.5-1.7螺杆元件与芯轴采用花键连接，芯轴采用高韧性，高抗弯，高强度的优质合金钢，调质硬度HB300-350。
本发明的机筒3采用积木式原理设计，机筒3由多节单元筒对接组成，各单元筒体段通常具有相同长度与接口形式，按照不同功能需要，有多种不同结构与材料体系的筒体单元类型可供选用。每段单元筒体长径比为L/D=4或L/D=6，每节机筒采用法兰联接。机筒内孔为平行等距相交的多孔形式，孔数与啮合螺杆想配套。单元筒材料选用各类耐腐蚀耐磨合金钢材料。
本发明在相邻的单元筒连接端面开槽并填充耐高温密封材料，确保对气液相介质的可靠密封。
本发明的单元筒3上设有独立的温控机构进行加热以及冷却的温控处理，具体的温控机构包括：电加热器、冷却水流道、热电偶测温装置、循环水箱6，电加热器加装在单元筒外，冷却水流道围绕设置在单元筒的内孔上，循环水箱6对接到冷却水流道的两端，单元筒上还配备有热电偶测温装置，根据热电偶测温装置调控电加热器以及循环水箱6，对超温单元筒进行冷却降温，实现换热平衡。
本发明设置液体计量加料装置，针对高沸点难溢出的助剂，加入一定量的溶剂与难溢出的高沸点挥发物进行溶胀、稀释再进行脱挥，从而达到挥发份含量的要求，具体的在机筒3上设有液体计量加料装置5，液体计量加料装置5有两个，两个液体计量加料装置5安装到一组间隔设置的单元筒上。如图4所示，本发明将进料口设置在第一节单元筒上，在第八和第十节单元筒上连接液体计量加料装置5（如图4所示）。
实施例2
本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，与实施例1相比，本发明将进料口设置在第二节单元筒上，在第九和第十一节单元筒上连接液体计量加料装置5，同时在第一节单元筒上配置抽真空排气脱挥组件4（如图5所示），当液相物料进料含有低沸点溶剂（10%以上），通过上述设计可以提高脱挥效率，同时防止气相夹带物料。
其余结构与实施例1均相同。
实施例3
本发明提供一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，与实施例1相比，温控机构具体为独立设置的导热油加热系统，通过导热油加热系统实现单元筒内独立的温度控制，导热油通过油模温机调控。
其余结构与实施例1均相同。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，包括：机筒（3），所述机筒（3）内安装有螺杆（7），所述螺杆（7）的端部上连接有驱动机构，物料从所述机筒（3）头端进入，通过螺杆（7）使机筒（3）内的物料沿着机筒（3）缓慢挤出，物料在机筒（3）中移动时进行加热脱挥处理，其特征在于，所述螺杆（7）有多组并且呈一字型排列在所述机筒（3）内，多个螺杆之间两两啮合，物料在啮合区域处进行混炼、均化、剪切，所述机筒3上安装有抽真空排气脱挥组件（4）,所述抽真空排气脱挥组件（4）包括：排气室（401）、缓冲罐（402）、连接管（403），所述机筒（3）的侧壁上开设有排气孔，所述排气室（401）对接安装到所述排气孔上，所述排气室（401）竖直向上设置，所述排气室（401）的顶部设有开口并且在开口处安装密封盖，所述密封盖上设有视镜，所述连接管（403）安装到所述排气室（401）的侧壁上并且连接管（403）的末端向下倾斜设置，所述缓冲罐（402）安装到所述连接管（403）的末端，所述缓冲罐（402）的顶部通过软管（404）连接到真空设备上，所述缓冲罐（402）的底端安装有液相管道单向阀门（405）。
2.根据权利要求1所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述排气室（401）的容积＞机筒（3）的排气开口截面积×流速×允许冒料时间。
3.根据权利要求2所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述缓冲罐（402）的容积采用如下公式进行确定：
其中P0为标准大气压，P1为脱挥压力，P2为脱挥停止压力，Q为挥发份流量，T为真空表反应时长。
4.根据权利要求1所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述驱动机构包括：主电机（1）、传动箱（2），所述主电机（1）、传动箱（2）、机筒依次安装到水平设置的床身上，所述传动箱（2）的输入轴通过安全联轴器与主电机（1）的转轴连接，所述传动箱（2）上配备有多个输出轴，多个输出轴分别连接到多个螺杆（7）上。
5.根据权利要求1所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述机筒（3）由多节单元筒对接组成，所述单元筒（3）上设有独立的温控机构进行加热以及冷却的温控处理。
6.根据权利要求5所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述温控机构包括：电加热器、冷却水流道、热电偶测温装置、循环水箱（6），所述电加热器加装在所述单元筒外，所述冷却水流道围绕设置在所述单元筒的内孔上，所述循环水箱（6）对接到所述冷却水流道的两端，所述单元筒上还配备有热电偶测温装置。
7.根据权利要求5所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述温控机构具体为独立设置的导热油加热系统，通过导热油加热系统实现单元筒内独立的温度控制。
8.根据权利要求3所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述机筒（3）上设有液体计量加料装置（5），所述液体计量加料装置（5）有两个，两个液体计量加料装置（5）安装到一组间隔设置的单元筒上。
9.根据权利要求1所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，所述机筒（3）内安装有3-6根螺杆并且呈一字型排列，并且螺杆外径规格为φ72~160mm。
10.根据权利要求1所述的一种新型同向平行多螺杆深度脱挥挤出机，其特征在于，根据物料性能，所述机筒（3）上配置3-10个真空排气室脱挥组件（4）。
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