PL185207B1 - Urządzenie odprężające do strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych oraz sposób odgazowywania strukturalnie lepkich płynów - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie odprezajace do strukturalnie lepkich plynów, zwlaszcza stopów tworzyw sztucznych, znamienne tym, ze posiada trzpien wyporowy ( 1 ) przesuwny wzdluz osi na kie- runku przeplywu oraz, ze przekrój przeplywu zwieksza sie w kierunku przeplywu w obszarze przesuwania tego trzpienia wyporowego ( 1). 8. Sposób odgazowywania strukturalnie lep- kich plynów , zw laszcza stopów tworzyw sztucznych, z zastosowaniem urzadzenia od- prezajacego przez w ielostopniow e odprezanie, przy którym co najmniej dwa stopnie ponow nie sprezaja stop tworzywa sztucznego a przed nastepnym odprezaniem jest on w m ieszadle m ieszany z dodatkiem, znamienny tym, ze cisnienie w odcinku m ieszania jest sterowane przez urzadzenie odprezajace, które jest um ieszczone pom iedzy odcinkiem mieszania, a nastepnym stopniem odgazowania. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odprężające do strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych oraz sposób odgazowywania strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych, z zastosowaniem urządzenia odprężającego.

Z raportu SRI The SDS Polystyrene Process autorstwa Shao-Hwa Wang (PEP Review nr 90-2-3, październik 1991) znany jest dwustopniowy proces odgazowywania stopów polistyrenu. To dwustopniowe odgazowywanie następuje przez odprężenie stopu w zbiornikach przy malejącym ze stopnia na stopień poziomie ciśnienia i służy do tego, aby usunąć ze stopu polistyrenu, istniejący jeszcze monomerowy styren, oligomery styrenu i rozpuszczalniki. Stop wychodzący z reaktora polimeryzacyjnego jest najpierw poddawany działaniu ciśnienia, ogrzewany i odprężany w zbiorniku pierwszego stopnia, przy czym część niepożądanych składników odparowuje i jest odprowadzana. Stop polistyrenu ściągnięty z pierwszego zbiornika jest potem ponownie sprężany, przemieszany wodą dokładnie mieszany z wodą w mie185 207 szadle i z powrotem odprężany w drugim zbiorniku odgazowywania. Woda doprowadzana pomiędzy tymi stopniami i odparowywana w drugim odprężaniu służy przy tym jako czynnik pomocniczy do odpędzania lżejszych, niepożądanych składników, istniejących jeszcze w stopie obok polistyrenu, w drugim stopniu odprężania.

Mieszanie wody lub innych dodatków ze stopem tworzywa sztucznego musi przy tego rodzaju wielostopniowych procesach odgazowywania być przeprowadzane przy tak wysokich temperaturach, żeby stop tworzywa sztucznego pozostawał ciekły. Aby mimo wysokich temperatur, uniknąć parowania dodatków w obszarze odcinka mieszania, konieczne jest dostatecznie wysokie ciśnienie w układzie, które utrzymuje wszystkie składniki w fazie ciekłej. Takie wysokie ciśnienie można utrzymywać w odcinku mieszania np. za pomocą urządzenia odprężającego przed następnym zbiornikiem odprężania, przy czym samo ciśnienie jest wytwarzane przez pompę, która na wyjściu poprzedniego zbiornika odprężania tłoczy stop tworzywa sztucznego do urządzenia odprężającego. Odprężenie stopu nie następuje wtedy dopiero w następnym zbiorniku, ale już w urządzeniu odprężającym.

W przypadku płynów newtonowskich jako urządzenia odprężające mogą być stosowane zwykłe elementy armatury, które zwężają przekrój przepływu, a więc np. zawory lub przesłony. Stopy tworzywa sztucznego wykazują jednak często właściwości płynów strukturalnie lepkich, to znaczy ich lepkość (tarcie wewnętrzne) maleje wraz ze wzrostem prędkości ścinania. Również stopy polistyrenu są strukturalnie lepkie.

W celu zwiększenia oporów przepływu takiego płynu strukturalnie lepkiego nie wystarczy zwężenie przekroju przepływu. Zawodzą tu dotychczasowe elementy odprężające, takie jak zawory lub przesłony do zwiększania ciśnienia (lub zmniejszania go na dalszym elemencie armatury w kierunku przepływu).

Zadaniem wynalazku jest, zatem opracowanie uniwersalnie stosowanego urządzenia odprężającego do płynów strukturalnie lepkich, które nadaje się do stosowania zwłaszcza przy wielostopniowym odgazowywaniu strukturalnie lepkich stopów tworzywa sztucznego, ze stosowaniem dodatków.

Zadanie to rozwiązano dzięki urządzeniu odprężającemu do strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych, które według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada trzpień wyporowy przesuwny wzdłuż osi na kierunku przepływu oraz że przekrój przepływu zwiększa się w kierunku przepływu w obszarze przesuwania tego trzpienia wyporowego.

Korzystnie jest, gdy trzpień wyporowy jest zaopatrzony w mechaniczny, elektryczny albo też pneumatyczny mechanizm przesuwania, jak również, gdy trzpień wyporowy posiada zamocowaną na nim zębatkę i napęd zębnikowy.

Trzpień wyporowy, korzystnie, znajduje się w korpusie.

Korzystnie, trzpień wyporowy jest tłokiem, a cylinder korpusu posiada co najmniej dwie różne średnice wewnętrzne w obszarze przesuwania tłoka przez mechanizm przesuwania.

Sposób odgazowywania strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych, z zastosowaniem urządzenia odprężającego przez wielostopniowe odprężanie, przy którym co najmniej dwa stopnie ponownie sprężają stop tworzywa sztucznego a w mieszadle przed następnym odprężaniem jest on mieszany z dodatkiem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ciśnienie w odcinku mieszania jest sterowane przez urządzenie odprężające, które jest umieszczone pomiędzy odcinkiem mieszania a następnym stopniem odgazowania.

Korzystnie jest, gdy położenie trzpienia wyporowego urządzenia odprężającego w obszarze przesuwania steruje się automatycznie stosując czujnik ciśnienia, który jest usytuowany w kierunku przepływu pomiędzy mieszadłem a urządzeniem odprężającym.

Stop tworzywa sztucznego jest, korzystnie, stopem polistyrenu, a dodatkiem jest woda.

Urządzenie odprężające, korzystnie, tworzy całość ze stopniem odprężania.

Trzpień wyporowy i wewnętrzny kształt geometryczny urządzenia odprężającego według wynalazku w obszarze przesuwania trzpienia wyporowego są tak wzajemnie dobrane, że uzyskuje się potrzebny spadek ciśnienia.

185 207

Urządzenie odprężające zostanie objaśnione na w przykładzie wykonania, przedstawionym na rysunku, który przedstawia urządzenie odprężające w przekroju.

Urządzenie przedstawione na rysunku stanowi w zasadzie układ tłok-cylinder, złożony z trzpienia wyporowego 1 (tłoka) i korpusu 2 (cylindra). Trzpień wyporowy 1 jest umieszczony w ogrzewanym cylindrze korpusu 2 tak, że przekrojem przepływu dla dopływającego płynu strukturalnie lepkiego jest szczelina pierścieniowa pomiędzy trzpieniem wyporowym 1 a cylindrem korpusu 2 w obszarze a. Pole powierzchni przekroju przepływu jest więc, w obszarze a wyraźnie mniejsze niż w pozostałym swobodnym kanale przepływu. Długość obszaru a, a zatem długość kanału przepływu w obszarze a, jest określona przez głębokość, na jaką tłok 1 wsunięty jest w zwężoną część cylindra 2. W celu dokonania zmiany głębokości tego wsunięcia może być on przesuwany przez mechanizm przesuwania 3. Na skutek tego zmienia się powierzchnia tarcia w szczelinie pomiędzy trzpieniem wyporowym 1 (w tym wypadku tłokiem) a cylindrem korpusu 2. W urządzeniu według wynalazku, uzyskuje się więc zwiększenie ciśnienia w strukturalnie lepkim płynie, dzięki tarciu płynu o ścianki, (lub zmniejszenie ciśnienia w kierunku przepływu). Ta zmienna powierzchnia tarcia tworzona jest przez zewnętrzną powierzchnię trzpienia wyporowego 1 i wewnętrzną powierzchnię ścianki cylindra korpusu 2 w obszarze a. Strukturalnie lepki płyn może być zatem dławiony w kontrolowany sposób za pomocą regulowania głębokości wsunięcia trzpienia wyporowego 1 w cylinder korpusu 2. Powierzchnia tarcia o ścianki, odpowiedzialna za zmianę ciśnienia, dodatkowo również kompensuje wpływ malejącej lepkości dzięki rosnącej prędkości ścinania. Rozmiary szczeliny pierścieniowej oraz zakres głębokości, na jaką trzpień wyporowy 1 może być wsunięty w cylinder korpusu 2 są projektowane przy uwzględnieniu zarówno reologicznych danych płynu jak i przewidywanych warunków eksploatacji. Aby uzyskać pożądany efekt dławienia przewidziano również możliwość zmiany nastaw tych wielkości podczas eksploatacji. Inaczej niż dotychczasowe elementy armatury, które zmieniają przekrój przepływu, urządzenie odprężające według wynalazku umożliwia więc, zmienianie tarcia o ścianki przez zmianę powierzchni tarcia w kanale przepływowym. Niespodziewanie powstaje możliwość kontrolowanego dławienia płynów strukturalnie lepkich.

Jeśli chodzi o kształt części, urządzenie odprężające według wynalazku nie ogranicza się do obrotowo symetrycznych układów tłok-cylinder. Mogą być również stosowane dowolnie inaczej ukształtowane trzpienie wyporowe i dostosowane do nich korpusy, które są przesuwne wzdłużnie względem siebie i przez to uzyskuje się wymaganą szczelinę na wymaganej długości przepływu. Szczelina jako przekrój przepływu nie musi być szczeliną pierścieniową. Nie musi być ona stała w całym obszarze przesuwania trzpienia wyporowego, ani nie musi obejmować całego obwodu trzpienia wyporowego. Urządzenie według wynalazku może, więc pracować również na bazie np. stożkowych układów tłok-cylinder, w których przesunięcie tłoka w kierunku wzdłużnym powoduje również zmianę przekroju przepływu. Urządzenie odprężające według wynalazku może przy tym być wykonane jako element odcinający, przy czym zarówno powierzchnia stożkowa jak i powierzchnia czołowa tłoka mogą służyć jako powierzchnia uszczelniająca. Powiększenie przekroju przepływu w kierunku przepływu w obszarze przesuwania może odbywać się stopniowo w jednym lub wielu stopniach i/lub w sposób ciągły.

Prowadzenie trzpienia wyporowego w korpusie można realizować w sposób ogólnie znany fachowcom, np. przez kilka umieszczonych na obwodzie wpustów pasowanych lub przez innego rodzaju występy lub wgłębienia w trzpieniu wyporowym i korpusie na zasadzie rowka i wpustu. W celu dokonania zmiany głębokości wsunięcia trzpień wyporowy jest w korzystnym wykonaniu połączony z zębatką która jest przesuwana wzdłuż osi jego ruchu za pomocą dwóch zębników. Możliwe są jednak również różne inne mechanizmy przesuwania, np. przesuwanie przez wrzeciono lub inne mechanizmy mechaniczne, elektryczne i/lub pneumatyczne.

Wybór materiału na urządzenie odprężające według wynalazku do płynów strukturalnie lepkich zależy od obrabianych płynów oraz od przewidzianych warunków pracy. Korzystnie jako materiały stosuje się nierdzewne stale chromo-niklowe, zwłaszcza przy obciążeniu wysokim ciśnieniem i temperaturą.

185 207

Jako dławione płyny wchodzą w grę wszystkie płyny strukturalnie lepkie, a więc np. silikony, roztwory przędzalnicze, smar Stauffera lub nawet stopy tworzyw sztucznych, takie jak stopy polistyrenu.

Przykładem sposobu odgazowywania strukturalnie lepkich płynów, a zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych z zastosowaniem urządzenia odprężającego jest wielostopniowe odprężanie, przy którym co najmniej dwa stopnie ponownie sprężają stop tworzywa sztucznego, a przed następnym odprężaniem jest on mieszany w mieszadle z dodatkiem. Ciśnienie w odcinku mieszania jest sterowane przez urządzenie odprężające według wynalazku, które umieszcza się pomiędzy odcinkiem mieszania a następnym stopniem odgazowania. Urządzenie odprężające umieszcza się według innego przykładu wykonania w stopniu odprężania przy wchodzeniu płynu do zbiornika. Płyn jest wtedy odprężany bezpośrednio w zbiorniku, przez co uzyskuje się lepsze odgazowanie. W korzystnym przykładzie wykonania urządzenie odprężające tworzy całość ze stopniem odprężania. Za pomocą urządzenia odprężającego według wynalazku można więc, w kierunku przepływu pomiędzy pompą tłoczącą na wyjściu zbiornika odgazowywania poprzedniego stopnia, a urządzeniem odprężającym według wynalazku przed następnym stopniem odgazowania, utrzymywać poziom ciśnienia, umożliwiający dodawanie dodatków, np. wody, do stopu w przykładowo statycznych mieszadłach, nawet przy wysokich temperaturach (>300°C) bez groźby przedwczesnego parowania dodatków. Położenie trzpienia wyporowego 1 urządzenia odprężającego steruje się automatycznie stosując czujnik ciśnienia, który umieszcza się pomiędzy mieszadłem a urządzeniem odprężającym w kierunku przepływu. Stopem tworzywa sztucznego odgazowywanego sposobem według wynalazku jest przykładowo stop polistyrenu, a dodatkiem jest woda.

Wielostopniowe procesy odgazowywania z odprężaniem według wynalazku, stosuje się do usuwania z polimeru niepożądanych składników, takich jak nieprzetworzone monomery, oligomery lub rozpuszczalniki. Szczególnie korzystne jest, gdy pomiędzy poszczególnymi stopniami następuje dodawanie dodatków do stopu, aby polepszyć wyprowadzanie niepożądanych składników w postaci gazowej po odprężeniu. Zależnie od temperatury topnienia płynu przewiduje się ewentualnie dodatkowe ogrzewanie urządzenia odprężającego. Szczególnie korzystne jest stosowanie urządzeń odprężających według wynalazku w procesach odgazowywania stopów polistyrenu.

185 207

I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie odprężające do strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych, znamienne tym, że posiada trzpień wyporowy (1) przesuwny wzdłuż osi na kierunku przepływu oraz, że przekrój przepływu zwiększa się w kierunku przepływu w obszarze przesuwania tego trzpienia wyporowego (1).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) jest zaopatrzony w mechaniczny mechanizm przesuwania.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) jest zaopatrzony w elektryczny mechanizm przesuwania.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) jest zaopatrzony w pneumatyczny mechanizm przesuwania.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) posiada zamocowaną na nim zębatkę do współpracy z napędem zębnikowym.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) znajduje się w korpusie (2).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 6, znamienne tym, że trzpień wyporowy (1) jest tłokiem, a cylinder korpusu (2) posiada co najmniej dwie różne średnice wewnętrzne w obszarze przesuwania tłoka przez mechanizm przesuwania.
8. 8. Sposób odgazowywania strukturalnie lepkich płynów, zwłaszcza stopów tworzyw sztucznych, z zastosowaniem urządzenia odprężającego przez wielostopniowe odprężanie, przy którym co najmniej dwa stopnie ponownie sprężają stop tworzywa sztucznego a przed następnym odprężaniem jest on w mieszadle mieszany z dodatkiem, znamienny tym, że ciśnienie w odcinku mieszania jest sterowane przez urządzenie odprężające, które jest umieszczone pomiędzy odcinkiem mieszania, a następnym stopniem odgazowania.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że położeniem trzpienia wyporowego (1) urządzenia odprężającego w obszarze przesuwania steruje się automatycznie stosując czujnik ciśnienia, który jest usytuowany pomiędzy mieszadłem a urządzeniem odprężającym w kierunku przepływu.
10. 10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że stop tworzywa sztucznego jest stopem polistyrenu, a dodatkiem jest woda.
11. 11. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że urządzenie odprężające włączone tworzy całość ze stopniem odprężania.