RU2391203C2 - Месильно-смешивающая машина для непрерывных подготовительных процессов, а также способ выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью месильно-смешивающей машины - Google Patents

Месильно-смешивающая машина для непрерывных подготовительных процессов, а также способ выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью месильно-смешивающей машины Download PDF

Info

Publication number
RU2391203C2
RU2391203C2 RU2008130775/12A RU2008130775A RU2391203C2 RU 2391203 C2 RU2391203 C2 RU 2391203C2 RU 2008130775/12 A RU2008130775/12 A RU 2008130775/12A RU 2008130775 A RU2008130775 A RU 2008130775A RU 2391203 C2 RU2391203 C2 RU 2391203C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
kneading
screw shaft
machine
mixing
mixing machine
Prior art date
Application number
RU2008130775/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008130775A (ru
Inventor
Хайни ГРЮТТЕР (CH)
Хайни ГРЮТТЕР
Ханс-Ульрих ЗИГЕНТАЛЕР (CH)
Ханс-Ульрих ЗИГЕНТАЛЕР
Original Assignee
Бусс Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бусс Аг filed Critical Бусс Аг
Publication of RU2008130775A publication Critical patent/RU2008130775A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2391203C2 publication Critical patent/RU2391203C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/505—Screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
    • B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/40—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
    • B29B7/42—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix
    • B29B7/422—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix with screw sections co-operating, e.g. intermeshing, with elements on the wall of the surrounding casing
    • B29B7/423—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix with screw sections co-operating, e.g. intermeshing, with elements on the wall of the surrounding casing and oscillating axially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/02—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type
    • B29B7/06—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type with movable mixing or kneading devices
    • B29B7/10—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type with movable mixing or kneading devices rotary
    • B29B7/12—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
    • B29B7/14—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/397—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using a single screw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/45—Axially movable screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/505—Screws
    • B29C48/67—Screws having incorporated mixing devices not provided for in groups B29C48/52 - B29C48/66
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/68—Barrels or cylinders
    • B29C48/685—Barrels or cylinders characterised by their inner surfaces, e.g. having grooves, projections or threads
    • B29C48/687—Barrels or cylinders characterised by their inner surfaces, e.g. having grooves, projections or threads having projections with a short length in the barrel direction, e.g. pins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Abstract

Месильно-смешивающая машина имеет вращающийся и одновременно совершающий возвратно-поступательное движение в осевом направлении в корпусе шнековый вал. Отношение Da/Di наружного диаметра Da шнекового вала к внутреннему диаметру Di шнекового вала составляет между 1,5 и 2,0. Отношение Da/H наружного диаметра Da шнекового вала к ходу Н составляет между 4 и 6. Отношение Т/Н шага Т к ходу Н составляет между 1,3 и 2,5. Согласно предложенному способу выполнения непрерывных подготовительных процессов посредством месильно-смешивающей машины скорость вращения шнекового вала выбирают более 500 об/мин, в частности более 800 об/мин. Изобретения обеспечивают повышение коэффициента полезного действия машины относительно пропускной способности продукта без существенного снижения его качества. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к месильно-смешивающей машине для непрерывных подготовительных процессов, содержащей вращающийся и одновременно совершающий возвратно-поступательное движение в корпусе шнековый вал. Кроме того, изобретение относится к способу для выполнения непрерывного подготовительного процесса с помощью выполненной согласно пункту 1 формулы изобретения месильно-смешивающей машины.
Месильно-смешивающие машины рассматриваемого вида используются, в частности, для подготовки насыпных (порошка, гранул, хлопьев), пластичных и/или пастообразных масс. Например, они служат для обработки вязкопластичных масс, гомогенизации и пластификации пластмасс, включения наполнителей и усилителей, а также для изготовления исходных материалов для пищевой, химической/фармацевтической и алюминиевой промышленности. При этом часто интегрируются также непрерывные процессы удаления газов, смешивания и расширения. В некоторых случаях месильно-смешивающие машины используются также в качестве реакторов.
Рабочим органом месильно-смешивающей машины обычно является так называемый шнековый вал, который транспортирует подлежащий обработке материал вперед в осевом направлении.
В обычных месильно-смешивающих машинах рабочий орган выполняет лишь вращательное движение. Однако известны также месильно-смешивающие машины, в которых рабочий орган вращается и одновременно совершает возвратно-поступательное движение. При этом движение рабочего органа характеризуется, в частности, тем, что основной вал совершает накладываемое на вращение синусоидальное движение. Это движение позволяет размещать на стороне корпуса вставки так называемые месильные пальцы или месильные зубцы. Кроме того, спиральная лопасть шнекового вала выполнена прерывистой таким образом, что образуются отдельные месильные или, соответственно, шнековые лопасти. Расположенные на основном валу шнековые лопасти и расположенные на стороне корпуса вставки входят в зацепление друг с другом и тем самым обеспечивают желаемые функции сдвига, смешивания и разминания в различных зонах обработки. Такие месильно-смешивающие машины указанного последним вида известны специалистам в данной области техники под названием Buss Ko-Kneter®.
Известны месильно-смешивающие машины указанного в начале вида, в которых диаметр шнекового вала составляет до 700 мм. При этом пропускная способность зависит, в частности, от диаметра шнекового вала, при этом отношение Da/Di наружного диаметра (Da) шнекового вала к внутреннему диаметру (Di) шнекового вала обычно составляет около 1,5, в то время как отношение Da/H наружного диаметра (Da) шнекового вала к ходу (Н) (часть возвратно-поступательного движения) составляет примерно 6,7, и отношение Т/Н шага (Т) (осевого расстояния между шнековыми лопастями) к ходу (Н) находится в диапазоне 2. В зависимости от величины месильно-смешивающей машины скорость вращения составляет от 5 до 500 об/мин.
Выполнение месильно-смешивающих машин обычно осуществляется по принципу геометрического подобия. Геометрическое подобие имеет место, когда отношения Da/Di, Da/H и T/H являются постоянными независимо от величины машины.
Решающими факторами для качества дисперсии, смешивания и гомогенизации обрабатываемого продукта являются температура расплава, время пребывания продукта в обрабатывающем пространстве машины, скорость сдвига и число циклов сдвига в заполненном расплавом шнековом канале - рабочем пространстве.
Для многих процессов справедливо, что качество дисперсии, смешивания и гомогенизации обрабатываемого продукта тем выше, чем лучше согласованы друг с другом расположенные последовательно зоны обработки, такие как зона втягивания, зона расплавления, зона смешивания и дисперсии и зона удаления газов, относительно транспортировочной емкости, уровня скорости сдвига и степени заполнения. При современном уровне месильно-смешивающей технологии в стандартных подготовительных процессах средние скорости сдвига в зоне расплавления обычно составляют от 15 до 150 об/с, а среднее время пребывания во всей шнековой зоне составляет от 30 до 600 с.
В обычных месильно-смешивающих машинах средние скорости сдвига ограничиваются сверху скоростью вращения шнека и отношением Da/Di. Однако при увеличении скорости сдвига увеличиваются также удельные величины ввода энергии, что может приводить к недопустимо высоким температурам расплава. Вместе с большими средними величинами времени пребывания продукта в месильно-смешивающей машине это может приводить к снижающим качество продукта повреждениям, а именно относительно термического расщепления и/или сшивания.
В основу изобретения положена задача модификации определенной в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения месильно-смешивающей машины так, чтобы повысить коэффициент полезного действия относительно пропускной способности материала в единицу времени без существенного снижения качества обрабатываемого продукта.
Эта задача решается за счет месильно-смешивающей машины, которая имеет указанные в отличительной части пункта 1 формулы изобретения признаки.
За счет такого выбора геометрии месильно-смешивающей машины, при котором отношение наружного диаметра Da шнекового вала к внутреннему диаметру Di шнекового вала составляет между 1,5 и 2,0, отношение Da/H наружного диаметра Da шнекового вала к ходу Н составляет между 4 и 6 и отношение Т/Н шага Т к ходу Н составляет между 1,3 и 2,5, достигается принципиальная предпосылка для оптимального коэффициента полезного действия машины относительно максимальной пропускной способности продукта. Выполненная с заданной геометрией месильно-смешивающая машина особенно пригодна для работы со скоростью вращения свыше 500 об/мин. Понятно, что при увеличении скорости вращения в принципе можно увеличивать пропускную способность продукта.
Кроме того, за счет заданной геометрии обеспечивается, что расположенные друг за другом в радиальном направлении зоны обработки, в частности зона втягивания, зона расплавления, смесительная зона или, соответственно, смесительные зоны, а также зоны удаления газов можно оптимально согласовывать друг с другом относительно транспортировочной емкости, уровня скорости сдвига и степени заполнения так, что можно реализовать повышающие качество средние диапазоны скорости сдвига при одновременном сокращении длительности действия пиковых температур в продукте.
С выбранными согласно изобретению геометрическими формами смесительную и месильную машину можно эксплуатировать с высокими скоростями вращения шнека, за счет чего можно достигать высокой пропускной способности продукта в единицу времени без возникновения недопустимо высокого удельного ввода энергии.
Предпочтительные модификации месильно-смешивающей машины указаны в зависимых пунктах 2-8 формулы изобретения.
Другая задача изобретения состоит в создании способа выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью выполненной согласно пункту 1 формулы изобретения месильно-смешивающей машины, с помощью которого можно увеличивать пропускную способность материала в единицу времени.
Для решения этой задачи предлагается согласно отличительной части пункта 9 формулы изобретения эксплуатировать шнековый вал со скоростью вращения более 500 об/мин, в частности более 800 об/мин.
Кроме того, за счет повышения скорости вращения можно значительно уменьшать среднее время пребывания продукта в машине, как это определено в пункте 10 формулы изобретения.
Обусловленные высокими скоростями вращения шнека и высокой пропускной способностью продукта небольшие величины времени пребывания продукта в машине от 1 до 20 с одновременно снижают склонность к термическому расщеплению или сшиванию продуктов.
За счет выполнения согласно изобретению месильно-смешивающей машины открываются дополнительные области применения.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - продольный разрез месильно-смешивающей машины;
фиг. 2 - геометрическая конструкция участка шнекового вала, выполненного согласно изобретению;
фиг. 3 - относительное движение между месильным пальцем и обычной шнековой лопастью;
фиг. 4 - график зависимости пропускной способности от среднего времени пребывания в месильно-смешивающей машине.
На фиг. 1 показан продольный разрез схематично изображенной месильно-смешивающей машины 1. Месильно-смешивающая машина 1 имеет окруженный корпусом 2 рабочий орган в виде шнекового вала 3, который снабжен множеством спирально проходящих шнековых лопастей 4. Такая месильно-смешивающая машина 1 называется также одношнековым экструдером, поскольку машина имеет лишь один шнековый вал. Шнековые лопасти 4 шнекового вала 3 прерваны в окружном направлении для создания проходных отверстий для расположенных на корпусе 2 месильных пальцев 5. За счет этого шнековый вал 3 наряду с собственно вращением может выполнять также осевое, т.е. возвратно-поступательное движение. Между внутренней стороной корпуса 2 и шнековым валом 3 образовано собственно рабочее пространство 6, которое обычно содержит несколько расположенных в осевом направлении друг за другом обрабатывающих зон 8-11. В данном примере месильно-смешивающая машина 1 имеет, например, зону 8 втягивания, зону 9 расплавления, зону 10 смешивания и дисперсии, а также зону 11 удаления газов. Со стороны входа месильно-смешивающая машина 1 снабжена наполнительной воронкой 12, в то время как на стороне выхода предусмотрено выпускное отверстие 13, через которое может выходить в направлении стрелки 14 подготовленный материал. Принципиальная конструкция такой месильно-смешивающей машины известна, например, из СН 278 575. Хотя в показанном примере лишь в области зоны 10 смешивания и дисперсии изображены месильные пальцы 5, месильные пальцы 5 могут быть, при необходимости, расположены, естественно, также в других зонах.
На фиг.2 показана геометрическая конструкция участка - модуля выполненного согласно изобретению шнекового вала 3 в перспективе, при этом геометрия вала в изображенном здесь модуле 3а шнекового вала показана без соблюдения масштаба. Шнековый вал 3 предусмотрен для использования в месильно-смешивающей машине 1, которая выполнена в виде так называемого одношнекового экструдера, при этом шнековый вал 3 выполнен в виде вращающегося и одновременно совершающего возвратно-поступательное движение рабочего органа, что имеет место в указанной выше машине Buss Ko-Kneter®. Модуль 3а шнекового вала снабжен в целом восемью шнековыми лопастями, из которых видны шесть лопастей 4a-4f. Между двумя следующими друг за другом в окружном направлении шнековыми лопастями 4а, 4b остается открытым проходное отверстие 16, в которое может проходить расположенный на корпусе месильный палец (не изображен). Внутренний диаметр шнекового вала 3 обозначен Di, в то время как наружный диаметр шнекового вала 3 обозначен Da. Внутренний диаметр Di определяется наружной цилиндрической боковой поверхностью 7 шнекового вала 3, в то время как наружный диаметр Da определяется диаметральным расстоянием между наивысшими и, соответственно, самыми наружными зонами лежащих диаметрально противоположно друг другу, но смещенных в осевом направлении месильных лопастей 4а, 4b. Шаг, т.е. среднее расстояние между двумя следующими друг за другом в радиальном направлении шнековыми лопастями 4b, 4е, обозначен Т, при этом определяющие шаг Т шнековые лопасти могут быть при необходимости также смещены относительно друг друга в радиальном направлении. Ход, т.е. путь, который проходит в осевом направлении шнековый вал 3, обозначен Н.
В данном примере боковые основные поверхности шнековых лопастей 4а-4f выполнены в виде поверхностей свободной формы. Основные поверхности месильных пальцев предпочтительно выполнены также в виде поверхностей свободной формы. Поверхность свободной формы является поверхностью, трехмерная геометрия которой ни в какой точке не имеет естественной начальной точки. За счет выполнения основных поверхностей шнековых лопастей 4а-4f и/или месильных пальцев, по меньшей мере частично, в виде поверхностей свободной формы открываются полностью новые возможности оказания влияния как на статическую, так и динамическую геометрию шнекового вала, например, относительно остающегося между шнековым крылом и соответствующим месильным пальцам зазора. В частности, можно практически произвольно изменять величину и прохождение этого зазора, при этом одновременно можно учитывать также накладываемое на вращательное движение осевое движение шнекового вала. За счет этого можно в конечном итоге обеспечивать оптимальный ввод механической энергии и/или изменение создаваемых в рабочем пространстве и воздействующих на подлежащий обработке продукт полей течения сдвига и растяжения.
Соотношения в выполненном согласно изобретению шнековом валу 3 имеют следующие значения:
- Da/Di=1,5-2,0, т.е. соотношение между наружным диаметром Da шнекового вала и внутренним диаметром Di шнекового вала составляет между 1,5 и 2,0;
- Da/Н=4-6, т.е. соотношение между наружным диаметром Da шнекового вала и ходом Н составляет между 4 и 6;
- Т/Н=1,3-2,5, т.е. соотношение между шагом Т и ходом Н составляет между 1,3 и 2,5.
Опыты с выполненным согласно изобретению шнековым валом проводились на машинах Buss Ko-Kneter® (вращающихся и одновременно совершающих возвратно-поступательное движение одношнековых экструдерах), при этом принципиальная конструкция машины (расположение зон обработки) была оставлена без изменений, как и при применении для обычных подготовительных процессов пластмассы с обычными скоростями вращения от 100 до 500 об/мин.
В опытах применялись скорости вращения, намного превышающие 500 об/мин, и при этом неожиданно было установлено, что в зонах обработки, в которых транспортировочная емкость, уровень скорости сдвига и степень заполнения были согласованы друг с другом, не возникало существенного повышения температуры массы, т.е. температуры обрабатываемого в машине продукта.
Поэтому такой шнековый вал предпочтительно применять при скоростях вращения более 500 об/мин, при этом реализуемыми являются скорости вращения более 800 об/мин вплоть до скоростей вращения в диапазоне 2000 об/мин без повреждения подлежащего обработке продукта.
Высота подъема шнековых лопастей 4а-4f предпочтительно согласована с длиной технологического пространства 6 (смотри Фиг. 1) так, что время пребывания продукта в машине составляет максимально 20 с при вращении шнекового вала 3 со скоростями свыше 500 об/мин.
На фиг. 3 показан в упрощенном виде процесс движения совершающего возвратно-поступательное движение шнекового вала, при этом внутренняя сторона корпуса и, соответственно, боковая поверхность рабочего пространства показана в развертке и изображены лишь отдельные шнековые лопасти 4а, 4b, 4с. Месильные пальцы 5 изображены для простоты в виде круглых элементов. С помощью этой фигуры можно видеть относительное движение между соответствующими шнековыми лопастями 4а, 4b, 4с и граничащими с ними месильными пальцами 5. Однако для лучшей обзорности процесс движения изображен с кинематической инверсией, т.е. шнековые лопасти 4а, 4b, 4с принимаются как стоящие неподвижно, в то время как месильные пальцы 5 перемещаются по синусоидальной траектории, которая возникает за счет вращательного движения шнекового вала и накладываемого на него возвратно-поступательного движения. Как следует из этого изображения, между обеими боковыми основными поверхностями шнекового крыла 4с и проходящими мимо них месильными пальцами 5 остается щелевидное свободное пространство S, ширина и прохождение которого определяются геометрией шнековой лопасти 4с, соответствующих месильных пальцев 5, а также осевым перемещением вращающегося рабочего органа. Показан также шаг Т. Он соответствует расстоянию между двумя соседними в осевом направлении месильными пальцами 5 и, соответственно, шнековыми лопастями 4с, 4f. Показан также ход Н шнекового вала.
На фиг. 4 показана зависимость между пропускной способностью G (кг/ч) и временем пребывания t (с) в месильно-смешивающей машине подлежащего обработке продукта. Из этого графика следует, что при увеличении пропускной способности значительно уменьшается время, в течение которого продукт подвергается воздействию высоких температур.
Проведенные опыты показали, что также температура массы, которая в соответствии с существующим опытом должна приводить к понижению качества продукта, при достаточно короткой длительности воздействия не оказывает вредного влияния на качество. Однако достаточно короткое время пребывания можно обеспечивать лишь за счет повышенной пропускной способности.
При этом пропускная способность и качество компаундированного продукта зависят от применяемой геометрии шнекового вала, скорости вращения и транспортировочной характеристики отдельных рабочих зон машины.
Каждая операция компаундирования имеет целью создание гомогенного продукта, как правило, при внесении добавок. Поэтому добавки и имеющиеся негомогенности необходимо диспергировать и равномерно смешивать в машине. Для разделения частиц требуются более или менее большие напряжения среза, которые должны передаваться на частицы через окружающую матрицу. Напряжение среза τ определяется, согласно уравнению
τ=η*γ (1)
вязкостью η матричной среды и навязанной в ней скорости сдвига γ. Поэтому решающим фактором для качества дисперсии, смешивания и гомогенности обработанного продукта является наряду с температурой расплава и временем пребывания скорость сдвига γ (в об/с) в заполненном расплавом шнековом канале.
Если рассматривать ее в упрощенном виде как среднюю величину из отношения окружной скорости шнека к зазору сдвига (при предположении 100% степени заполнения шнекового канала), то получаем:
Figure 00000001
Для многих процессов справедливо:
гармоничный уровень скорости сдвига обеспечивает оптимальное качество смешивания, дисперсии и гомогенизации. При сегодняшнем состоянии месильно-смешивающей технологии в стандартных подготовительных процессах обычными являются средние скорости сдвига в зоне расплава от 20 до 50 об/с и средние длительности пребывания продукта во всей шнековой зоне от 30 до 600 с.
В обычных месильно-смешивающих машинах средние скорости сдвига ограничены сверху, как следует из уравнения (2), скоростью вращения шнека и отношением Da/s.
Однако увеличение скоростей сдвига приводит в соответствии с уравнением
Figure 00000002
также к более высоким значениям удельного ввода энергии e spec, что может в свою очередь приводить к недопустимо высоким температурам расплава, поскольку повышение температуры расплава вычисляется из уравнения
Figure 00000003
где с р равно удельной теплоемкости. Таким образом, вместе с большими средними величинами времени пребывания продукта в месильно-смешивающей машине слишком высокая скорость сдвига может также приводить к снижающим качество продукта повреждениям (термическому расщеплению и сшиванию).
В месильно-смешивающем устройстве согласно изобретению вращающийся и одновременно совершающий возвратно-поступательное движение шнековый вал может работать со скоростями вращения от 500 до 2000 об/мин, поскольку за счет предложенного согласования отношений Da/Di, Da/H и Т/Н реализуются повышающие качество скорости сдвига при одновременном сокращении длительности действия в продукте пиковых температур.
Использованные обозначения в формулах:
e spec - средний удельный ввод энергии (кВтч/кг)
t - среднее время пребывания продукта в экструдере (с)
ρ - плотность расплава (кг/м3)
γ - средняя скорость сдвига (об/с)
η - средняя динамическая вязкость (Па·с)
Da - наружный диаметр шнекового вала (мм)
Di - внутренний диаметр шнекового вала (мм)
S - средний зазор сдвига между шнековым крылом и месильным пальцем или, соответственно, месильным зубцом
ns - скорость вращения шнека (об/мин или, соответственно, об/с)
vu - окружная скорость шнекового вала (м/с)
τ - напряжение среза (Н/мм2)
c p - удельная энтальпия (кДж/кг К)
G - пропускная способность (кг/ч)
ΔT - повышение температуры массы (К)

Claims (11)

1. Месильно-смешивающая машина (1) для непрерывных подготовительных процессов, содержащая вращающийся и одновременно совершающий возвратно-поступательное движение в осевом направлении в корпусе (2) шнековый вал (3), отличающаяся тем, что отношение Da/Di наружного диаметра Da шнекового вала к внутреннему диаметру Di шнекового вала составляет между 1,5 и 2,0, отношение Da/H наружного диаметра Da шнекового вала к ходу Н составляет между 4 и 6 и отношение Т/Н шага Т к ходу Н составляет между 1,3 и 2,5.
2. Месильно-смешивающая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что скорость вращения шнекового вала (3) составляет более 500 об./мин, в частности более 800 об./мин.
3. Месильно-смешивающая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что она имеет несколько следующих друг за другом в направлении транспортировки, образующих рабочее пространство (6) зон.
4. Месильно-смешивающая машина (1) по п.3, отличающаяся тем, что рабочее пространство (6) образовано по меньшей мере зоной (8) втягивания, зоной (9) расплавления, зоной (10) смешивания и дисперсии, а также зоной (11) отвода газов.
5. Месильно-смешивающая машина (1) по п.3 или 4, отличающаяся тем, что скорость вращения шнекового вала (3) согласована с длиной рабочего пространства (6) так, что время пребывания продукта в машине составляет между 1 и 20 с.
6. Месильно-смешивающая машина (1) по п.3 или 4, отличающаяся тем, что высота подъема шнековых лопастей (4) согласована с длиной рабочего пространства (6) так, что время пребывания продукта в машине при скоростях вращения шнекового вала (3) свыше 500 об./мин составляет максимально 20 с.
7. Месильно-смешивающая машина (1) по п.1, дополнительно снабженная закрепленными на корпусе (2) месильными пальцами (5), выступающими в рабочее пространство, отличающаяся тем, что основные поверхности шнековых лопастей (4) и/или месильных пальцев (5) выполнены по меньшей мере частично в виде поверхностей свободной формы.
8. Месильно-смешивающая машина (1) по п.7, отличающаяся тем, что трехмерная геометрия основных поверхностей шнековых лопастей (4) и/или месильных пальцев (5) выполнена по меньшей мере частично таким образом, что они ни в какой точке не имеют естественной начальной точки.
9. Способ выполнения непрерывных подготовительных процессов посредством месильно-смешивающей машины (1) по п.1, отличающийся тем, что скорость вращения шнекового вала выбирают более 500 об./мин, в частности более 800 об./мин.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что скорость вращения шнекового вала выбирают такой, что среднее время пребывания в машине (1) подлежащего обработке продукта составляет между 1 и 20 с.
11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что посредством него подготавливают насыпные, пластичные и/или пастообразные массы.
RU2008130775/12A 2007-07-25 2008-07-24 Месильно-смешивающая машина для непрерывных подготовительных процессов, а также способ выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью месильно-смешивающей машины RU2391203C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01185/07 2007-07-25
CH11852007 2007-07-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008130775A RU2008130775A (ru) 2010-01-27
RU2391203C2 true RU2391203C2 (ru) 2010-06-10

Family

ID=38969405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008130775/12A RU2391203C2 (ru) 2007-07-25 2008-07-24 Месильно-смешивающая машина для непрерывных подготовительных процессов, а также способ выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью месильно-смешивающей машины

Country Status (22)

Country Link
US (1) US7909500B2 (ru)
EP (1) EP2018946B1 (ru)
JP (1) JP4997193B2 (ru)
KR (1) KR101446809B1 (ru)
CN (1) CN101352662B (ru)
BR (1) BRPI0801735B1 (ru)
CA (1) CA2632423C (ru)
DK (1) DK2018946T3 (ru)
ES (1) ES2617952T3 (ru)
HK (1) HK1125593A1 (ru)
HR (1) HRP20170341T1 (ru)
HU (1) HUE031969T2 (ru)
MX (1) MX2008008232A (ru)
MY (1) MY149812A (ru)
PL (1) PL2018946T3 (ru)
PT (1) PT2018946T (ru)
RS (1) RS55766B1 (ru)
RU (1) RU2391203C2 (ru)
SG (2) SG169349A1 (ru)
SI (1) SI2018946T1 (ru)
TW (1) TWI443005B (ru)
UA (1) UA94076C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU207074U1 (ru) * 2021-05-25 2021-10-11 Вячеслав Валерьевич Корнейчик Смеситель-пластикатор для установки изготовления полимерных изделий с высоким содержанием жидкого компонента
RU2773544C1 (ru) * 2021-05-25 2022-06-06 Вячеслав Валерьевич Корнейчик Способ получения полимерного изделия

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3868757B2 (ja) * 2001-04-25 2007-01-17 株式会社神戸製鋼所 ゴム系組成物の混練装置および混練方法
PL2018946T3 (pl) * 2007-07-25 2017-07-31 Buss Ag Maszyna mieszająca i zagniatająca do ciągłych procesów przetwórczych oraz sposób do prowadzenia ciągłych procesów przetwórczych za pomocą maszyny mieszającej i zagniatającej
CN102308248A (zh) 2009-02-10 2012-01-04 夏普株式会社 液晶显示装置
CH700976A1 (de) * 2009-05-11 2010-11-15 Buss Ag Misch- und Knetmaschine für kontinuierliche Aufbereitungsprozesse sowie Verfahren zur Durchführung von kontinuierlichen Aufbereitungsprozessen mittels einer Misch- und Knetmaschine.
US9011131B2 (en) * 2010-03-11 2015-04-21 Rms Equipment Llc Lug type extruder screw
US8807825B2 (en) 2010-08-16 2014-08-19 B&P Process Equipment And Systems, Llc Gear box with variably coupled oscillation and rotation for kneading machine
FR2978934B1 (fr) * 2011-08-09 2016-09-02 Rms Equipment Llc Vis d'extrudeuse du type a saillies
CN102528885B (zh) * 2011-12-16 2015-03-25 申清章 一种木屑搅拌机的搅拌装置
US10821645B2 (en) * 2014-12-30 2020-11-03 Obshchestvo s ogranichennoy otvetstvennostyu “Avtoklavy vysokogo davleniya i temperatury” Device for deformational processing of materials (variants)
CN107849240B (zh) * 2015-05-12 2021-05-25 巴斯夫欧洲公司 己内酰胺制剂
CN106422956B (zh) * 2016-12-02 2022-07-08 郑州明珠实业有限公司 管链式上料均化系统
KR101788648B1 (ko) * 2017-02-10 2017-11-03 주식회사 지엔티엔에스 연소촉매용 반죽 및 압출장치
EP3473396B1 (de) 2017-10-17 2021-06-16 Buss AG Asymmetrische zweiflüglige schneckenwelle für eine misch- und knetmaschine
EP3473404A1 (de) * 2017-10-17 2019-04-24 Buss AG Misch- und knetvorrichtung
USD961990S1 (en) * 2018-05-04 2022-08-30 Buss Ag Screw shaft element
USD929799S1 (en) 2018-05-04 2021-09-07 Buss Ag Screw shaft element
US11472089B2 (en) * 2018-05-04 2022-10-18 Case Western Reserve University Mixing element having projections defining channels of varying width and depth for extrusion operations

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH278575A (de) 1949-11-04 1951-10-31 List Heinz Misch- und Knetmaschine.
US3023455A (en) * 1959-03-09 1962-03-06 Herbert F Geier Mixers
US3189324A (en) * 1961-12-06 1965-06-15 Gubler Ernst Kneading and mixing apparatus
NL283627A (ru) * 1962-09-26 1900-01-01
CH407525A (de) * 1964-01-23 1966-02-15 Buss Ag Knet- und Mischeinrichtung
US3458894A (en) * 1966-09-13 1969-08-05 Baker Perkins Inc Mixing apparatus
US3841611A (en) * 1972-07-14 1974-10-15 Buss Ag Mixing and kneading device
JPS61277410A (ja) * 1985-06-03 1986-12-08 Nippei Toyama Corp 推力方向往復運動装置の圧力補償装置
DE19536289C2 (de) * 1995-09-29 1999-01-07 Krupp Werner & Pfleiderer Gmbh Verfahren zur Durchführung von kontinuierlichen Aufbereitungsprozessen mit gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Doppelschneckenextrudern
JPH09254230A (ja) * 1996-01-19 1997-09-30 Nippon Paint Co Ltd 感光性樹脂組成物の成形方法およびそれから得られた樹脂板
US6015227A (en) * 1998-05-26 2000-01-18 Fogarty; James Thermoplastic foam extrusion screw with circulation channels
JP4387036B2 (ja) 2000-04-28 2009-12-16 旭化成ケミカルズ株式会社 一条逆ネジ切り欠きスクリュを用いた液状添加剤の混練方法
JP4297601B2 (ja) 2000-09-13 2009-07-15 株式会社日本製鋼所 同方向回転二軸押出機
EP1320453B1 (de) * 2000-09-28 2005-01-19 Berstorff GmbH Schneckenextruder-zahnradpumpen-anordnung für hochviskose medien
EP1262303A1 (de) * 2001-05-28 2002-12-04 Coperion Buss AG Arbeitsorgan für eine Misch-und/oder Knet- und/oder Fördereinrichtung
JP4307258B2 (ja) 2001-09-11 2009-08-05 ビューラー・アクチエンゲゼルシャフト 周面と自由体積との特殊な比、若しくはスクリュー内径と外径との特殊な比を用いて、連続的な混合及び処理プロセスを行うための方法、及び多軸押出機
JP2004237715A (ja) * 2002-12-11 2004-08-26 Sumitomo Rubber Ind Ltd 押出機および押出方法
JP2006315388A (ja) * 2005-04-14 2006-11-24 Sekisui Chem Co Ltd 塩化ビニル系樹脂発泡体の製造方法
PL1815958T3 (pl) * 2006-02-06 2009-02-27 Buss Ag Maszyna do mieszania i wygniatania
PL2018946T3 (pl) * 2007-07-25 2017-07-31 Buss Ag Maszyna mieszająca i zagniatająca do ciągłych procesów przetwórczych oraz sposób do prowadzenia ciągłych procesów przetwórczych za pomocą maszyny mieszającej i zagniatającej
CH700976A1 (de) * 2009-05-11 2010-11-15 Buss Ag Misch- und Knetmaschine für kontinuierliche Aufbereitungsprozesse sowie Verfahren zur Durchführung von kontinuierlichen Aufbereitungsprozessen mittels einer Misch- und Knetmaschine.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800437C2 (ru) * 2018-11-22 2023-07-21 Бусс Аг Смесительная и месильная машина с эффективной вытяжной вентиляцией в области подачи
RU207074U1 (ru) * 2021-05-25 2021-10-11 Вячеслав Валерьевич Корнейчик Смеситель-пластикатор для установки изготовления полимерных изделий с высоким содержанием жидкого компонента
RU2773544C1 (ru) * 2021-05-25 2022-06-06 Вячеслав Валерьевич Корнейчик Способ получения полимерного изделия

Also Published As

Publication number Publication date
MX2008008232A (es) 2009-03-04
RU2008130775A (ru) 2010-01-27
BRPI0801735A2 (pt) 2009-03-10
CA2632423C (en) 2012-05-22
EP2018946B1 (de) 2017-01-11
MY149812A (en) 2013-10-14
RS55766B1 (sr) 2017-07-31
ES2617952T3 (es) 2017-06-20
PT2018946T (pt) 2017-03-15
CN101352662A (zh) 2009-01-28
BRPI0801735B1 (pt) 2018-02-14
CA2632423A1 (en) 2009-01-25
JP2009029131A (ja) 2009-02-12
CN101352662B (zh) 2012-11-28
HRP20170341T1 (hr) 2017-05-05
EP2018946A2 (de) 2009-01-28
UA94076C2 (ru) 2011-04-11
SG149747A1 (en) 2009-02-27
SI2018946T1 (sl) 2017-06-30
EP2018946A3 (de) 2015-09-23
SG169349A1 (en) 2011-03-30
KR20090012047A (ko) 2009-02-02
PL2018946T3 (pl) 2017-07-31
US7909500B2 (en) 2011-03-22
US20090027994A1 (en) 2009-01-29
TW200904615A (en) 2009-02-01
DK2018946T3 (da) 2017-03-13
HK1125593A1 (en) 2009-08-14
HUE031969T2 (en) 2017-08-28
JP4997193B2 (ja) 2012-08-08
KR101446809B1 (ko) 2014-10-02
TWI443005B (zh) 2014-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2391203C2 (ru) Месильно-смешивающая машина для непрерывных подготовительных процессов, а также способ выполнения непрерывных подготовительных процессов с помощью месильно-смешивающей машины
JP4024976B2 (ja) 密閉型混練装置
JP5659288B1 (ja) ポリカーボネート樹脂とアクリル樹脂を含む透明樹脂組成物の製造方法
JP4917450B2 (ja) 混練装置
CA2702738C (en) Mixing and kneading machine for continual compounding and method of implementing continual compounding by means of a mixing and kneading machine
TWI794305B (zh) 用於攪拌及搓揉機之不對稱三葉式蝸桿軸、用於此蝸桿軸的區段、容納此蝸桿軸的殼體以及相應的攪拌及搓揉機
JP2000153520A5 (ru)
JP2009196303A (ja) ニーディングディスクセグメント及び２軸押出機
KR20230049135A (ko) 단일-샤프트 압출기 및 단일-샤프트 압출기를 사용해 초흡수성 폴리머 겔 (sap 겔) 의 모폴러지를 변경하기 위한 방법
JP2006142616A (ja) 密閉式混練機およびそれに用いられている混練ロータ
EP4267367A1 (en) Apparatus, process, and extrusion screw for producing syndet soaps
JP2014172230A (ja) ２軸押出機
WO2012161286A1 (ja) 連続混練機
JP2001009830A (ja) 連続混練機とその混練方法及び連続混練機のロータ
JP3189877U (ja) 連続式二軸混練機
JP2011131543A (ja) 混練用セグメント及び混練設備
JPH1158369A (ja) 二軸連続混練機
JP2023546154A (ja) 共回転ツインスクリュー処理装置のための要素
US20200031016A1 (en) Maxflow Flow Inducement System
Hyun et al. Extrusion technology for manufacturing polymer blends
KR20040059296A (ko) 혼련기 로우터