RU2117576C1

RU2117576C1 - Worm-disc type extruder

Info

Publication number: RU2117576C1
Application number: RU97113996A
Authority: RU
Inventors: Н.Р. Гильмутдинов; Л.М. Курочкин; Р.Г. Галиев; Х.В. Мустафин; Ю.И. Рязанов; Н.И. Ухов; З.А. Абзалин; Г.В. Баев; А.А. Блинов; Т.Г. Бурганов; А.А. Белов; Р.Я. Дебердеев; Н.А. Николаев; Т.Л. Каприна; Ю.В. Перухин; Е.С. Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество "Нижнекамскнефтехим"
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: procession of high-molecular compounds, namely in combination worm-disc type extruders for making polyfunctional additives to motor oils, depressor additives to fuels and other like materials. SUBSTANCE: extruder includes cylinder arranged inside it and worm joined with rotation drive and having transportation and metering zones. Disc unit is arranged successively with said cylinder. Said disc unit includes drive and ducts for removing processed melt. Said ducts are arranged discretely along perimeter of disc and they are joined with outlet annular pipe. EFFECT: stabilized destruction of material due to its removal directly out of working gap. 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки высокомолекулярных соединений и предназначено для использования в комбинированных червячно-дисковых экструдерах при производстве присадок полифункционального действия для моторных масел, депрессорных присадок к топливам и других материалов подобного типа. The invention relates to the field of processing of macromolecular compounds and is intended for use in combined worm-disk extruders in the manufacture of multifunctional additives for motor oils, depressant additives for fuels and other materials of a similar type.

Известен червячно-дисковый экструдер [1] , содержащий полый корпус (цилиндр) с загрузочной воронкой и размещенным в нем приводным рабочим органом, выполненным в виде червяка с диском на конце, дисковую головку, неподвижный диск и размещенное между ним и дисковой головкой уплотнительное кольцо, экструдер снабжен упорным элементом, выполненным в виде двух концентрических резьбовых колец, зафиксированных от взаимного смещения в осевом направлении и смонтированных с возможностью независимого поворота относительно продольной оси, при этом наружное кольцо посредством резьбового соединения установлено внутри дисковой головки. Внутреннее - на неподвижном диске, а уплотнительное кольцо по его торцевым поверхностям поджато посредством упорного элемента к неподвижному диску. A worm-disk extruder is known [1], comprising a hollow body (cylinder) with a loading funnel and a driving working body located in it, made in the form of a worm with a disk at the end, a disk head, a fixed disk and a sealing ring located between it and the disk head, the extruder is equipped with a thrust element made in the form of two concentric threaded rings fixed from mutual displacement in the axial direction and mounted with the possibility of independent rotation relative to the longitudinal axis, while ruzhnoe ring by a threaded connection positioned within the disk head. The inner one is on the fixed disk, and the sealing ring is pressed along its end surfaces by means of a thrust element to the fixed disk.

Однако известное устройство не обеспечивает необходимые условия для деструкции высокомолекулярных соединений, ввиду относительно низких скоростей сдвига, воздействующих при движении расплавленного материала через данную конструкцию. Это связано с жестким соединением шнека и диска и не дает возможности эффективного управления процессом деструкции. However, the known device does not provide the necessary conditions for the destruction of macromolecular compounds, due to the relatively low shear rates acting when the molten material moves through this structure. This is due to the rigid connection of the screw and disk and does not allow effective control of the destruction process.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является червячно-дисковый экструдер [3], содержащий корпус, размещенные в нем и соединенные с приводами вращения червяк с винтовой нарезкой и последовательно расположенными зонами транспортирования и дозирования и диск, у которого отношение диаметра диска к диаметру червяка выбрано в пределах 3-6, при этом отношение высот витков винтовой нарезки червяка в зонах транспортирования и дозирования выбрано превышающим 1 и по большой мере равным 3. The closest in technical essence to the claimed technical solution is a worm-disk extruder [3], containing a housing placed in it and connected to rotation drives by a screw with a screw thread and sequentially located transportation and dosing zones and a disk in which the ratio of the diameter of the disk to the diameter the worm is selected in the range of 3-6, while the ratio of the heights of the turns of the screw cutting of the worm in the transportation and dosing zones is selected to exceed 1 and to a large extent equal to 3.

Экструдер описанной конструкции предназначен для переработки узкого круга полимеров, в частности волокнообразующих полимеров, исключающий заметные механохимические воздействия на перерабатываемый полимер. Недостаточные скорости деформации в рабочем зазоре, образованном вращающимся диском и неподвижным корпусом, не позволяют обеспечить необходимые деструкции перерабатываемого материала. Наличие отводного канала, расположенного вдоль оси вращения диска, создает условия к образованию застойных зон, в которых полимер имеет иные характеристики и ухудшает качество перерабатываемого материала, делая его неоднородным по молекулярной массе. The extruder of the described design is intended for processing a narrow range of polymers, in particular fiber-forming polymers, eliminating noticeable mechanochemical effects on the polymer being processed. Insufficient deformation rates in the working gap formed by a rotating disk and a fixed body, do not allow to provide the necessary destruction of the processed material. The presence of a branch channel located along the axis of rotation of the disk creates conditions for the formation of stagnant zones in which the polymer has different characteristics and affects the quality of the processed material, making it heterogeneous in molecular weight.

Целью изобретения является стабильность деструкции перерабатываемого материала за счет его отвода непосредственно из рабочего зазора. The aim of the invention is the stability of the destruction of the processed material due to its removal directly from the working gap.

Поставленная цель достигается тем, что в червячно-дисковом экструдере, содержащем цилиндр, размещенный в нем и соединенный с приводом вращения червяк с зонами транспортирования и дозирования, и последовательно расположенную дисковую часть с приводом и каналами отвода переработанного расплава (отводными каналами), расположенными дискретно по периметру дисковой части и соединенными с отводной кольцевой трубой, охватывающей дисковую часть. Кроме того, в червячно-дисковом экструдере отводная кольцевая труба имеет отверстия для удаления жидких компонентов перерабатываемого расплава и отверстия для удаления газообразных компонентов. This goal is achieved by the fact that in a worm-disk extruder containing a cylinder, placed therein and connected to a rotation drive, the worm with transport and metering zones, and a sequentially located disk part with a drive and channels for removal of the processed melt (discharge channels) located discretely along the perimeter of the disk part and connected to the outlet ring pipe covering the disk part. In addition, in the worm-disk extruder, the outlet annular tube has openings for removing liquid components of the processed melt and openings for removing gaseous components.

Отличительными признаками заявляемого технического решения является то, что каналы отвода переработанного расплава расположены дискретно по периметру дисковой части и соединены с отводной кольцевой трубой, охватывающей дисковую часть, кроме того, отводная труба имеет отверстия для удаления жидких и газообразных компонентов переработанного расплава. Distinctive features of the proposed technical solution is that the channels for removal of the processed melt are discrete along the perimeter of the disk part and are connected to the outlet ring pipe covering the disk part, in addition, the outlet pipe has openings for removing liquid and gaseous components of the processed melt.

Выполнение каналов отвода переработанного материала, расположенных дискретно по периферии дисковой части, обеспечивает удаление без образования застойных зон. В процессе работы экструдера высокомолекулярное соединение из загрузочной воронки поступает в полость цилиндра и перемещается через переходник и полый вал одного из дисков в рабочий зазор в режиме ламинарного течения. The implementation of channels for the removal of recycled material located discretely around the periphery of the disk part, provides removal without the formation of stagnant zones. In the process of operation of the extruder, the high molecular weight compound from the loading funnel enters the cylinder cavity and moves through the adapter and the hollow shaft of one of the disks into the working gap in the laminar flow mode.

Попадая в рабочий зазор дисковой части, образованной быстровращающимися навстречу друг другу дисками, течение расплава переходит в турбулентное. В виду высоких сдвиговых деформаций при встречном движении вращающихся дисков на макромолекулы расплава воздействуют значительные деформации напряжения, что вызывает деструкционные процессы и понижение молекулярной массы. Getting into the working gap of the disk part, formed by rapidly rotating disks towards each other, the melt flows into a turbulent one. In view of the high shear deformations during the counter motion of the rotating disks, significant stress strains act on the melt macromolecules, which causes destruction processes and a decrease in molecular weight.

Интенсивность деструкционных явлений обеспечивается высотой рабочего зазора и разницей в угловых скоростях вращающихся дисков, что обеспечивает понижение молекулярной массы на несколько порядков. Обеспечение отвода переработанного материала в рабочем зазоре осуществляется через каналы, расположенные дискретно по периметру дисковой части. Количество каналов может быть два и более, но при этом необходимо обеспечить быстрый отвод переработанного материала, исключающего создание застойных зон. Затем переработанный материал попадает в отводную трубу, охватывающую дисковую часть, и из нее удаляются жидкие и газообразные продукты. The intensity of the destruction phenomena is ensured by the height of the working gap and the difference in the angular velocities of the rotating disks, which ensures a decrease in molecular weight by several orders of magnitude. Ensuring the removal of recycled material in the working gap is carried out through channels located discretely around the perimeter of the disk part. The number of channels can be two or more, but at the same time it is necessary to ensure quick removal of the processed material, which excludes the creation of stagnant zones. Then the recycled material enters the drain pipe covering the disk part, and liquid and gaseous products are removed from it.

Таким образом, посредством совокупности отличительных признаков заявляемого технического решения обеспечивается достижение выполняемой цели. Thus, through the combination of distinctive features of the proposed technical solution, the achievement of the fulfilled goal is ensured.

В патентной и технической литературе не имеется сведений о совокупности отмеченных отличительных признаков с указанной целью. In the patent and technical literature there is no information about the totality of the distinguishing features noted for this purpose.

На фиг. 1 изображен продольный разрез экструдера; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section through an extruder; in FIG. 2 is a section AA of FIG. one.

Червячно-дисковый экструдер состоит из двух частей - червячной и дисковой. Червячная часть экструдера содержит цилиндр 1 с загрузочной воронкой 2 и рабочим органом в виде червяка 3, снабженным индивидуальным приводом. Дисковая часть экструдера состоит из двух корпусов 4 и 5, двух дисков 6 и 7, установленных на соответствующих валах 8, 9, вращающихся на подшипниковых системах 10, 11 дополнительного подшипникового узла 12 с опорой 13. Червячная часть экструдера с дисковой соединяются переходником 14 с уплотнением 15 и подводящей трубой 16. Дисковая часть имеет отводные каналы 17, расположенные по периметру дисковой части, которые через патрубки 18 соединяют дисковую часть с кольцевой трубой 19, охватывающей дисковую часть. Количество отводных каналов 17 определяется условиями минимального пребывания переработанного материала после выхода из рабочего зазора и исключения образования застойных зон. Рабочий зазор между дисками 6 и 7 регулируется и составляет от доли мм до нескольких мм. Отводная кольцевая труба 19 имеет отверстия для удаления жидких 20 и газообразных 21 компонентов переработанного материала. Газообразные компоненты через короб 22 удаляются вентилятором 23, а жидкие через короб 24 отводятся насосом 25. Worm-disk extruder consists of two parts - worm and disk. The worm part of the extruder contains a cylinder 1 with a loading funnel 2 and a working body in the form of a worm 3, equipped with an individual drive. The disk part of the extruder consists of two housings 4 and 5, two disks 6 and 7 mounted on the respective shafts 8, 9, rotating on the bearing systems 10, 11 of the additional bearing assembly 12 with a support 13. The screw part of the extruder with a disk is connected by an adapter 14 with a seal 15 and the inlet pipe 16. The disk part has outlet channels 17 located around the perimeter of the disk part, which through the nozzles 18 connect the disk part to the annular pipe 19 covering the disk part. The number of outlet channels 17 is determined by the conditions for the minimum stay of the processed material after leaving the working gap and eliminating the formation of stagnant zones. The working gap between the discs 6 and 7 is adjustable and ranges from a fraction of mm to several mm. The outlet annular tube 19 has openings for removing liquid 20 and gaseous 21 components of the recycled material. Gaseous components through the duct 22 are removed by the fan 23, and liquid through the duct 24 are discharged by the pump 25.

Подготовка экструдера к работе осуществляется в следующем порядке. В зависимости от перерабатываемого материала, необходимой производительности экструдера и требуемой глубины деструкции высокомолекулярного соединения подбирается температура червячной части экструдера и подводящей трубы 16 для обеспечения заданной температуры расплава на входе в переходник 14. Устанавливается необходимая высота рабочего зазора между дисками, дисковая часть разогревается с помощью внешних источников до температуры, соответствующей температуре расплава высокомолекулярного соединения. Preparation of the extruder for operation is carried out in the following order. Depending on the material being processed, the required extruder productivity, and the required degradation depth of the high molecular weight compound, the temperature of the worm part of the extruder and the supply pipe 16 is selected to ensure a given melt temperature at the inlet to the adapter 14. The required working gap height between the disks is set, the disk part is heated using external sources to a temperature corresponding to the melt temperature of the high molecular weight compound.

Червячно-дисковый экструдер работает следующим образом. Worm-disk extruder operates as follows.

Высокомолекулярное соединение из загрузочной воронки 2 поступает в цилиндр 1, захватывается витками червяка 3, где претерпевает плавление и гомогенизацию и подается в ламинарном режиме течения через подводящие трубы 16, переходник 14 и канал 26 вала 9 в рабочий зазор дисковой части. В рабочем зазоре, образованном поверхностями двух быстровращающихся дисков 6 и 7, расплав подвергается интенсивным тангенциальным сдвиговым деформациям. Течение расплава в рабочем зазоре переходит из ламинарного в турбулентное, а степень турбулентности будет нарастать с увеличением скорости деформации расплава по мере перемещения материала по радиусу. The high molecular weight connection from the loading funnel 2 enters the cylinder 1, is captured by the turns of the worm 3, where it undergoes melting and homogenization and is fed in a laminar flow mode through the supply pipes 16, adapter 14 and channel 26 of the shaft 9 into the working clearance of the disk part. In the working gap formed by the surfaces of two rapidly rotating disks 6 and 7, the melt is subjected to intense tangential shear deformations. The melt flow in the working gap passes from laminar to turbulent, and the degree of turbulence will increase with increasing melt deformation rate as the material moves along the radius.

В условиях турбулизации движения наблюдаются деструкционные процессы. Интенсивность и глубина деструкции расплава высокомолекулярного соединения определяются разницей угловых скоростей вращения дисков и величиной рабочего зазора между ними. Переработанный в рабочем зазоре расплав попадает на периферию дисков 5 и 6 и через отводные каналы 17, расположенные дискретно по периферии дисковой части, не меняя направления движения, попадает в отводную кольцевую трубу 19. Газообразные продукты, возникшие в результате деструкции, через отверстия 21 трубы 19 отсасываются через короб 22, вентилятором 23, а жидкий продукт через отверстие 20 в кольцевой трубе 19 через короб 24 откачиваются насосом 25. In conditions of turbulization of movement, destruction processes are observed. The intensity and depth of destruction of the melt of high molecular weight compounds are determined by the difference in the angular velocity of rotation of the disks and the size of the working gap between them. The melt processed in the working gap enters the periphery of the disks 5 and 6 and through the outlet channels 17 located discretely along the periphery of the disk part, without changing the direction of movement, enters the outlet ring pipe 19. Gaseous products resulting from the destruction through the holes 21 of the pipe 19 are sucked out through the box 22, by the fan 23, and the liquid product through the hole 20 in the annular pipe 19 through the box 24 is pumped out by the pump 25.

Испытания червячно-дискового экструдера приведены в таблице, переработка тройного сополимера этилена, пропилена и циклопентадиена марка (ТУ 2294-022-05766801-94) с исходной молекулярной массой 127•10³ при температуре расплава 240^oC, высоте рабочего зазора 1 мм и вращении каждого диска с числом оборотов 1200 об/мин навстречу друг другу позволили получить следующие зависимости, что в случае отвода переработанного и деструктурированного расплава из рабочего зазора через четыре отводящие канала молекулярная масса составляет 5,6•10³ и полученный материал, представляет собой светлую прозрачную жидкость. При использовании только одного отводящего канала при прочих равных условиях молекулярная масса понижается примерно в 2 раза и переработанный расплав имеет темно-желтую окраску с темными вкраплениями. Исходя из этого можно установить, что в примере 3 переработанный материал не успевает отводиться через один отводной канал и время пребывания в дисковой части увеличивается, материал помимо деформации увеличивается время термических воздействий, он интенсивно окисляется и дополнительно деструктирует, и как следствие теряет цветовые характеристики, что делает невозможным его использование в виде присадки.Tests of a worm-disk extruder are shown in the table, processing of a triple copolymer of ethylene, propylene and cyclopentadiene grade (TU 2294-022-05766801-94) with an initial molecular weight of 127 • 10 ³ at a melt temperature of 240 ^o C, a working gap of 1 mm and rotation of each disk with a speed of 1200 rpm towards each other allowed us to obtain the following dependencies, that in the case of removal of the processed and degraded melt from the working gap through four outlet channels, the molecular weight is 5.6 • 10 ³ and the resulting material, It is a clear, transparent liquid. When using only one outlet channel, ceteris paribus, the molecular weight is reduced by about 2 times and the processed melt has a dark yellow color with dark inclusions. Based on this, it can be established that in example 3, the processed material does not have time to be discharged through one outlet channel and the residence time in the disk part increases, the material, in addition to deformation, increases the time of thermal exposures, it intensively oxidizes and additionally degrades, and as a result loses color characteristics, which makes it impossible to use as an additive.

Claims

A worm-disk extruder containing a cylinder, a worm placed therein with transport and metering zones, connected to a rotation drive, and a sequentially arranged disk part with a tail and channels for processing the molten melt, characterized in that the removal channels are discrete along the perimeter of the disk part and are connected with outlet ring pipe.