ITUA20164301A1 - Termocompattatore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un innovativo sistema di "granulazione " del materiale plastico di qualsiasi tipo.

Attualmente la sopradescritta attività riguarda l'intero mondo della Plastica, sia vergine che di recupero.

Le grandi Compagnie Petrolifere di distillazione del petrolio operano una specifica granulazione dei vari polimeri plastici prima di immetterli nel mercato.

Le stesse Società che recuperano il rifiuto plastico omogeneo , dopo aver effettuato le canoniche operazioni di triturazione e di lavaggio di tale materiale, provvedono alla sua "rigranulazione" per poi rivendere il prodotto rigenerato nelle condizioni fisiche meccaniche del tutto simili al "granulo" vergine, rendendolo compatibile con i parametri di "peso specifico apparente" e di "penetrazione" con cui sono state costruite e progettate tutte le tradizionali macchine di stampaggio od estrusione. Il numero complessivo di tali possibili clienti nella sola Italia è particolarmente importante, ammonta a diverse centinaia di Società.

Per avere un ordine di idea in merito alla presente innovazione ci si sofferma nella descrizione delle macchine attualmente in commercio per la sopraddetta lavorazione : gli estrusori con "taglio in testa" immerso in acqua.

Consistono essenzialmente in macchinari in acciaio con un corpo principale cilindrico avvolto da diversi settori che contengono "resistenze elettriche" che producono una quantità significativa di calore a discapito del consumo di grandi quantità di energia. Il materiale plastico, omogeneo o miscelato in compound, viene introdotto all'estremità di tale corpo cilindrico e portato in avanti , nonché omogeneizzato, da una o due viti a "coclea". Durante il tragitto si raggiungono temperature tali da fare rammollire e fondere lo stesso materiale.

All'altra estremità il materiale plastico , uscendo, viene sospinto fuori attraverso una apposita filiera raffreddata che permette di ottenere lunghi e sottili fili a forma dei così detti spaghetti; l'utilizzo infine del così detto "taglio in testa" consente di realizzare il "granulo" nella sua configurazione finale e delle dimensione di pochi millimetri.

La fase di raffreddamento avviene generalmente utilizzando una corrente di acqua fredda, che , per poi essere separata dal "granulo", impone al processo finale una centrifugazione dello stesso prodotto e poi il suo essicamento.

Il "granulo" viene infine insaccato in appositi "big bags" per il trasporto e la vendita. Giunto all'utilizzatore/produttore di elementi finiti, quali Pallets, vasi, tubi, prodotti per l'edilizia in genere e quant'altro, il "materiale granulato" subirà un altro ciclo di trasformazione; verrà cioè fuso , per la fase di stampaggio od estrusione, e successivamente raffreddato, con un ulteriore consumo di energia per riscaldare e, poi, per raffreddare.

Allo stato attuale ogni KG. di materiale plastico subisce due processi di fusione e due raffreddamenti completi, con necessità di realizzare aumenti di temperatura dell'ordine dei 200 gradi centigradi , per riscaldare, ed abbassamenti di temperatura dello stesso valore per raffreddare.

L'energia in gioco sarà quindi di circa 440 Kcal per ogni Kg. a cui dovrà essere aggiunta l'energia di centrifugazione e di essicamento per l'eliminazione dell'acqua di raffreddamento finale.

Deriva da tutto ciò che il processo tradizionale di "granulazione" per fusione comporta:

- l'utilizzo di impianti tecnologicamente complessi, come sopra descritti, e molto costosi per ottenere produzioni ragguardevoli, al fine di contenere il costo di produzione del semilavorato "granulo",

- consumi energetici troppo elevati per ottenere un "granulo" che deve essere ulteriormente fuso per la trasformazione in un prodotto finito,

- limitazione dei materiali da utilizzare, che dovranno essere necessariamente omogenei e lavati, senza presenze di altro materiale inerte, che creerebbe, senza una adeguata azione di filtraggio, intasamento del processo,

- riduzione dell'ordine anche del 10% della quantità complessiva del prodotto "granulo" , per effetto dell'azione di captazione dei costosi filtri o continui o discontinui,

- limitazione nella creazione di idonei e nuovi compound di materiali diversi,

- forte limitazione produttiva

- costi di gestione e di investimento, a parità di produzione complessiva, almeno tripli rispetto alla presente invenzione.

Tale innovativa invenzione , invece, prevede un nuovo ed esclusivo processo di Termocompattazione a freddo delle masse plastiche omogenee e/o eterogenee, vergini o di recupero.

Il TERMOCOMPATTATORE è un macchinario metallico complesso (vedi Dis.N.l e seguenti) costituito essenzialmente da una zona, che raccoglie e distribuisce il materiale plastico in ingresso, omogeneo od eterogeneo, triturato; da un'altra zona in cui tale materiale viene "granulato"attraverso compattazione mediante rulli di compattazione , esterni ad una filiera forata rotante, ed , infine, da un'altra zona di raccolta del granulo lavorato.

Le peculiarità delle singole zone sono le seguenti:

la prima zona è dotata di un impianto di alimentazione a più coclee a raggiera per il trasporto del materiale dalla sezione di raccolta in ingresso fin al di sotto dei rulli prementi

la seconda zona si avvale di un sistema di "granulazione" , termoregolato, consistente in rulli prementi esterni ad una Filiera forata rotante, disposti radialmente rispetto al centro dell'asse di rotazione e che quindi esercitano complessivamente solamente azioni concentriche

la terza zona contempla un gruppo di raccolta del granulo lavorato con sistema di insacco, nonché di eventuale riciclo della parte di materiale di sfrido.

Il TERMOCOMPATTATORE permette di ottenere un "granulo" finale "a freddo", senza cioè utilizzo di energia di riscaldamento delle masse, ma solo di energia meccanica per far ruotare i rulli prementi la materia plastica, applicati all'esterno di un anello forato rotante, detto "filiera", all'interno dei fori dello stesso anello ( vedi Dis. N.6 ); l'attrito di scorrimento, generato tra particella e particella della materia plastica durante il sopraddetto processo, e l'effetto della deformazione plastica stessa generano calore , anche molto elevato, che, opportunamente regolato, permette di far avvenire il necessario fenomeno di "granulazione".

La Termocompattazione, quindi, richiede obbligatoriamente il controllo di due parametri fondamentali:

+ la pressione sul materiale omogeneo o sul composito da granulare

la temperatura generata dalla pressione di compattazione sopraddetta da mantenere a circa 80 gradi centigradi.

La combinazione di questi parametri determina una sorta di sinterizzazione superficiale delle particelle, che consente di ottenere ottimi "granulati", compatti, omogenei e di ottimo aspetto superficiale anche sulla superficie di taglio.

Infatti il materiale , premuto all'interno dei fori della "filiera", dall'esterno verso l'interno della stessa, subisce un'azione di taglio mediante l'utilizzo di una apposita lama fissa regolabile, sempre all'interno dell'anello, che può così creare i "granuli" delle dimensioni desiderate.

Il mantenimento della temperatura di circa 80 gradi centigradi può ottenersi solamente tramite un nuovo sistema di termostatazione e termoregolazione del Termocompattatore; idonei misuratori di temperatura, disposti lungo le parti meccaniche interessate dalla lavorazione del prodotto, permettono di trasmettere ad una centralina computerizzata di controllo i dati relativi e , conseguentemente, di attivare da parte della stessa centralina un impianto di "condizionamento - Chiller" per far circolare un idoneo liquido di raffreddamento/riscaldamento in una rete di termoregolazione della temperatura dei rulli di compattazione e dell'anello "filiera". La temperatura di 80 gradi centigradi potrà così essere mantenuta entro un gradiente di o - 5 gradi.

Il processo di lavorazione dell'Invenzione qui presentata richiede , quindi, una quantità di energia per Kg. di "granulo" prodotto pari al 10% , contro il 50% di KW/Kg. necessario per la tecnologia tradizionale.

Nel caso proposto non viene richiesta una azione di raffreddamento significativa, come nel caso di granulazione tradizionale, in cui è necessario un abbassamento della temperatura attorno ai 150 gradi centigradi, ma una modesta azione di riduzione della temperatura del prodotto attorno ai 10/15 gradi centigradi e solamente nel periodo estivo.

La gestione del TERMOCOMPATTATORE risulta quindi , non solo enormemente meno costosa, ma anche nettamente più semplice, e con molte più possibilità di utilizzo di materiali diversi; tale invenzione può costituire l'elemento base di un impianto completo di preparazione non solo di "granulati omogenei", ma anche dei compositi opportunamente additivati , miscelati, essiccati e deinertizzati.

Il Termocompattatore garantisce una produzione, a parità di energia motrice installata, cinque volte superiore a quella di una tradizionale granulatrice.

Gli elementi meccanici che lo caratterizzano sono pertanto ( Vedi disegni allegati ) : a) Disegno N.l - Vista di insieme

Rif. 1/1 - Carter fisso , protezione rulli e raccolta prodotto non processato 1/2 - Disposizione radiale rulli di compattazione n.6 , che permettono in ogni giro un avanzamento dell'addensato tra i 2.5 ed i 3 millimetri 1/3 - Anello forato ( Filiera ) a fascia larga con comando diretto del motore primario a giri variabili e coppia costante

1/4 - Equipaggio di scorrimento assiale per il portellone

1/5 - Portellone mobile aperto a 90 gradi e con equipaggio di alimentazione centralizzata e raccolta granulato

1/6 - Equipaggio di n.6 coclee per alimentazione distribuita ai n.6 rulli 1/7 - Alimentazione centralizzata del prodotto da granulare

b) Disegno N.2 - Particolare sezione del rullo di compattazione

Rif. 2/1 - Foratura di raffreddamento rullo

2/2 - Albero eccentrico

2/3 - Cuscinetti portanti

2/4 - Rullo compattatore

2/5 - Dentatura mista innesto leva

2/6 - forature di alimentazione e scarico liquido refrigerante

c) Disegno N.3 - Disposizione del Termocompattatore in assetto produttivo con equipaggio di alimentazione chiuso

d) Disegno N.3.1- Disposizione del Termocompattore con portellone aperto assialmente e possibilità di rotazione angolare dello stesso Il portellone a scorrimento assiale automatico consente di recuperare e riciclare nell'alimentazione centrale gli scarti di granulazione, di estrarre il granulato per la sua immissione all'insacco, e di supportare e sorreggere il complesso del sistema di convogliamento del materiale da lavorare ai singoli rulli prementi, esterni alla Filiera e) Disegno N. 4 - Disposizione della centralina di termostatazione con annesso motore diretto "Torque"

f) Disegno N. 5 - Complessivo del comando di regolazione congiunta /disgiunta di ognuno dei sei rulli rispetto alla superficie forata della "Filiera", in modo da poter essere effettuata anche durante l'attività produttiva per variare l'azione di compressione a seconda del materiale da lavorare

g) Disegno N. 6 - Particolare dell'anello " Filiera" con sistema di termostatazione Ogni foro presenta un invito profondo sulla superficie esterna della stessa filiera per trasformare l'energia di pressione in lavoro e formare lamine taglienti esagonali tali da favorire l'energia positiva di compattamento e ridurre quella negativa di riscaldamento

h) Disegno N. 7 - Particolare del sistema di termostatazione del rullo

i) Disegno N. 8 - Vista del Termocompattatore con carenatura per sua protezione e per suo isolamento acustico

Per meglio descrivere in dettaglio i vantaggi sopraesposti in una applicazione industriale concreta, si analizzano i costi di produzione dei "granuli" di materia plastica omogenea od eterogenea ottenuti in un impianto tradizionale da 2000 Kg./h di produzione con quelli del Termocompattatore in esame.

I parametri comuni di riferimento sono :

1- Produzione di 2000 Kg/h

2- Dimensione esterna della sezione del granulo = 4.5 mm.

3- Lunghezza del granulo = 2.5-4.0 mm.

4- Ore lavorate in un anno = 5.750

5- Il materiale in ingresso può essere sia plastica omogenea, che eterogenea, purché triturato o meno con pezzatura di 10/15 mm.

A; Impianto tradizionale che granula per fusione

E' così costituito :

- Tramoggia di alimentazione

Estrusore bivite per la fusione delle masse plastiche alimentato da un motore da 500 Kw/h e da un impianto di riscaldamento delle masse con un consumo di 200 Kw/h

Filiera spaghettatrice

Taglio in testa ad immersione da 5 Kw/h

Canalizzazione di raccolta acqua e prodotto

Centrifuga separatrice dell'acqua del granulo da 25 Kw/h

Raffreddamento a piastre dell'acqua di raffreddamento da almeno 160 Kw/h per insaccare i granuli ad una temperatura attorno agli 80 gradi centigradi Essicatore a tamburo in grado di deumidificare il prodotto da confezionare da circa 20 Kw/h

Dispositivo di lancio del granulato secco da insaccare da 4.5 Kw/h

Il Totale complessivo della Potenza installata sarà quindi pari a circa 950 Kw/h

Il costo di immobilizzo dell'intero impianto sarà di 1.260.000 Euro

II costo di gestione dell'impianto comprensivo dell'ammortamento , dell'energia elettrica, del personale addetto, delle spese di manutenzione e generali sarà di circa 300 Euro/h., che permette di ottenere un costo di produzione del granulo di circa 150 euro/tonn.

TERMOCOMPATTATORE che granula per "sintirizzazione"

E' una macchina complessa composta come detto sopra.

La potenza assorbità per la produzione di 2000 Kg/h di granulato è:

Potenza motrice pari a 200 Kw/h

Motoriduttori ausiliari da 3 Kw/h

Tre centraline di termostatazione da 17.5 Kw/h

- Un estrattore dei granuli da 4.5 Kw/h

Un estrattore degli sfridi da 2.25 Kw/h

Apertura portellone da 0.75 Kw/h

Il Totale complessivo della Potenza installata sarà quindi pari a circa 230 Kw/h Il costo di immobilizzo dell'intero impianto sarà di 600.000 Euro

II costo di gestione dell'impianto comprensivo dell'ammortamento , dell'energia elettrica, del personale addetto, delle spese di manutenzione e generali sarà di circa 160 Euro/h.,

che permette di ottenere un costo di produzione del granulo di circa 80 euro/tonn. E' perciò evidente il risparmio della nuova invenzione nella sua applicazione industriale : si aggira attorno al 50% con un costo di immobilizzo della stesso valore percentuale.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) TERMOCOMPATTATORE ( vedi Dis. N.l e seguenti ), per la "granulazione" dei materiali plastici, comprendente essenzialmente una zona, che raccoglie e distribuisce il materiale plastico in ingresso, omogeneo od eterogeneo con presenza di "fasi inerti", triturato; un'altra zona in cui tale materiale viene "granulato" mediante "sinterizzazione" per effetto di rulli di compattazione , esterni ad una filiera forata rotante, ed , infine, un'altra zona di raccolta ed insacco del granulo lavorato; 2) TERMOCOMPATTATORE per la "granulazione" dei materiali plastici, secondo rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sistema di termostatazione e termoregolazione così costituito: una micro-rete idraulica che viene realizzata all'interno dei corpi metallici dei rulli e della Filiera ( vedi Dis. N.6 e N.7 ); una centralina di raccolta ed elaborazione dei dati termici , misurati da sensori all'infrarosso all'interno del processo di granulazione; nonché un "chiller" computerizzato per termoregolare la temperatura attorno agli 80 gradi centigradi degli elementi in gioco. In tal modo è possibile far avvenire la granulazione del materiale plastico per "sinterizzazione" superficiale e non per fusione; 3) TERMOCOMPATTATORE per la "granulazione" dei materiali plastici, secondo rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere una configurazione singolare dei Rulli prementi esternamente e radialmente alla Filiera rotante centrale ( vedi Dis. N.l ) , determinando in tal modo un maggiore equilibrio di forze che si contrappongono due a due , riducendo il carico sull'anello stesso e sui cuscinetti portanti; qualsiasi carico radiale anomalo ed imprevisto si scaricherà quindi sul rullo opposto, per cui la Filiera ed i cuscinetti portanti non dovranno sostenere da soli le sollecitazioni conseguenti; 4) TERMOCOMPATTATORE per la "granulazione" dei materiali plastici, secondo rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere un nuovo gruppo di alimentazione forzata ( da una zona centralizzata di ingresso del materiale si dipartono radialmente singole coclee di trasporto dello stesso ai singoli Rulli di compattazione, vedi Dis. N. 3.1 ) rappresenta una rivendicazione del tutto innovativa in quanto la materia plastica potrà essere dosata puntualmente senza dispersione per ottenere così il miglior effetto possibile di granulazione; 5) TERMOCOMPATTATORE per la "granulazione" dei materiali plastici, secondo rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere, all'interno della Filiera rotante, un sistema di "lame" a posizione variabile per ottenere così la forma e la dimensione del granulo ideale.