SU1054065A1

SU1054065A1 - Apparatus for mass-exchange processes

Info

Publication number: SU1054065A1
Application number: SU823441791A
Authority: SU
Inventors: Валентин Николаевич Саракуз; Геннадий Михайлович Тиманьков
Original assignee: Предприятие П/Я В-8415
Priority date: 1982-05-17
Filing date: 1982-05-17
Publication date: 1983-11-15

Abstract

АППАРАТ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержа«и горизонтально расЬоложениый цилиндрический барабан с днищам и патрубками дл загрузки и выгрузки материала, привод врашени барабана относительно продольной его оси и tipeflCTBa тесадостатировани , от л и ч а ю щ. и и с тем, что. с целью повышени интенсивности массообмена, на днищах барабана, на их анутренней поверхности, выполнены грани треугольной формы, а на торцах барабана - эйзгагообразные вырезы, образованные каждый равнобедренные треугольником с основанием, расположенным по укружности барабана, при соотношении высоты и основани 1:2-1:5 и основани и диаметра барабана 1:2-1:10, причем вырезы на противоположных торцах барабана размещены симметрично, а весшины противолежащих треугольников расположены на одной, образующей поверхности барабана, при грайи на днмщах барабана наклонены к продольной его оси и ограничены зигзагообразными вырезами на торцах барабана.THE DEVICE FOR MASS-EXCHANGE PROCESSES, containing a horizontally disposed cylindrical drum with bottoms and nozzles for loading and unloading the material, driving the drum relative to its longitudinal axis and tipeflCTBa tesadostatisation, from l and h s y. and with that. in order to increase the mass transfer intensity, on the drum bottoms, on their inner surface, there are triangular faces, and on the ends of the drum there are eizg-shaped notches, each formed isosceles with a triangle with a base located on the circumference of the drum, at a 1: 2-1 height to bottom ratio : 5 and the base and diameter of the drum 1: 2-1: 10, with the notches on the opposite ends of the drum are placed symmetrically, and the weights of the opposite triangles are located on the same, forming the surface of the drum, with a face dnmschah on the drum are inclined towards the longitudinal axis thereof and are bounded by zigzag recesses in the ends of the drum.

Description

Изобретение относитс к химичес кому машиностроению, в частности к устройствам дл перемешивани полимерных материалов при проведени массообменных процессов (сушки), и может найти применение при производ стве, например, полиуретана. Известен аппарат дл массообменных процессов-сушки полимеров, соде жащий горизонтальный цилиндрический Оарабан, оснащенный плоскими крышка ми, патрубками дл загрузки и выгрузки материалов и устройством дл вращени барабана вокруг горизонтальной оси. На внутренней стенке барабана вдоль образующих укреплен р д полок, которые расположены в шахматном пор дке так, что при вравдении барабана гранулы высушиваемог материала не перекатываютс вдоль стенок барабана, а пересыпаютс с одной полки на другую l| . Недостатками этого аппарата вл ютс низка эффективность перемешив ни rtpa проведении массообменных процессов вследствие отсутстви rieремешивани материала в направлении , зарастание и трудность очистки внутренних поверхностей стенок барабана и полок при переработке полимерных материалов, склонных к осмолению, подвулканйзации, коагул ции, например полиэфиров, растворов каучуков, латексов. Поэто му такой .аппарат находит применение толь ксэ при переработке инертных материалов.. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению вл етс аппарат дл . массообменных процессов, содержащий горизонтально расположенный цилиндрическ-йй барабан с днищами и патрубками дл загрузки и выгрузк материала, привод вращени барабана .относительно продольной его оси, и средства термостатировани , KpoiMe того, по внутренней поверхности барабана установлены винтообразные лопасти, обеспечи.вакнцне осевое пере мещение обрабатываемого материала Однако, в таком адпарате не обеспечиваетс интенсивный масс обмен . при переработке полимерных материалов , так как затруднено движение втангенциальномнаправлении, огран ченное винтообразными лопаст ми. Недостатком этого аппарата вл етс также зарастание и трудность очистк внутренних поверхностей стенок бара бана .и винтообразных лопастей при переработке полимерных материалов, склонных к осмолению, подвулканнзации , коагул ции, например полиэ-. фиров, растворов каучуков, латексов что также снижает интенсивность массообмена. Цель изобретени - повышение ин-тенсивности массообмена. Поставленна цель достигаетс тем, что в аппарате дл массообменных процессов, содержащем горизонтально расположенный цилиндрический барабан с днищами и патрубками дл загрузки и выгрузки материала, привод вращени барабана относительно продольной его Оси и средства тер лостатировани , на днищах барабана, на их внутренней поверхности, выполнены грани треугольной формы, а на торцах барабана - зигзагообразные вырезы, образованные каждый равнобедренным треугольником с основанием, расположенным по окружности бара.бана , при соотношении высоты и основани 1:2-1:5 и основани и диаметра барабана 1:2-1:10, причем вырезына противополо ных торцах барабана размещены симметрично, а вершины противолежащих треугольников расположены на одной образующей поверхности барабана, при этом грани на днищах барабана наклонены к продольной его оси и ограничены зигзагообразными вырезами на торцах барабана. Данное выполнение аппарата обеспечквает интенсивную тангенциальную и осевую циркул цию обрабатываемого в нем полимерного материала. На фиг. 1 показан аппарат, общий вид; На фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 г-дниифе барабана; на фиг 4 - сечение Б-Б на фиг, Ij на фиг. 5 - обечайка барабана; на фиг. 6 и 7 - грани на днищах (варианты Выполнени ., . vV . . - Аппарат дл массообменных процессов содержит горизонтально расположенный барабан 1, выполненный из двух цилиндрических дЪечаек с флан- цами , соединенных болтовым соединением 2. Барабан 1 снабжён днищами 3, патрубком 4 дл и патрубком 5 Дл выгрузки материала и соединен с приводом дл вращени барабана 1 относительно продольной его оси, вьоюлменным 8 виде, например, клиноременной передачи 6, Барабан 1 имеет подшипниковый узел 7, средства термостатировани в виде нагревател 8 и иожет быть смонтирован в вакуум-камере 9, снабженной штуцером 10 дЛ соединени с вакуумнасосом (не показан). Цилиндрические обечайки барабана 1 имеют на торцах зигзагообразные вырезы 11. Въ|резы 11 вьшоЛнены в виде равнобедренных /треугольников с основанием, р;асположенным на окружности барабана, отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основани к диаметру барабана 1:2-1:10, причем обращенные от торцов вершины противолежащих треугольников лежат на одной образующей поверхности барабана 1, а вырезы напротивоположных торцах барабана 1 размещены симметрично . На днищах 3 блрабаиа 1 по их внутренней поверхности выполнены грани 12 тредтольной формы, поверхности которых наклонены к продольной оси барабана 1 и ограничены зигзагообразными вырезами 11 на торцах барабана 1. ЗиJ зaгooбpaэныe грани 12 на днищах 3 выполнены либо штамповкой из листового матери ала (фиг. 1 и 2, либо механической обработкой, например Фрезеровкой толстостенных днищ (фиг. 3) . В зависимости от угла наклона между линией, соедин ющей вершины треугольных вырезов 11 с продольной осью барабана 1 и ограничивающей грзни 12, который составл ет 90-30 днища 3 могут иметь грани 12 по периферии,, примыкающие к вырезам 1 и плоскую среднюю часть при угле наклона меньше 90 (фиг. 2 и 6) или грани 12 по всей поверхности при угле 90(фиг..7). Аппарат дл массообменных процес сов работает следующим образом. Через патрубок 4 в аппарат загру жаютс перерабатываемые полимерные материалы. С помощью клиноременной передачи 6 барабан 1 приводитс во вращение вокруг горизонтальной продольной оси. Скорость вращени устанавливаетс такой, чтобы перерабатываемый материал, увлекаемый стенками цилинд:рического барабана 1 поднималс вверх, а затем под дейст вием силы т жести стекал вниз (фиг. 4). При этом обеспечиваетс перемещивание перерабатываемого материала в тангенциальном направле нии. Перемешивание перерабатываемог материала в осевом направлении осу-ществл етс благодар наличию зигзагообразных вырезов 11 и граней 12 Развертка внутренней поверхности барабана представл ет собой огра- . ниченный днищами 3 канал, имеющий переменное сечение. При течении жидкого полимерного материала по каналу с переменным сечением образуютс вторичные токи (вихри), обеспечивающие эффективное перемешивание перерабатываемого материала в осевом направлении. Выгрузка обработанного материала производитс через патрубок 5. Предлагаемый аппарат пре,цназначе дл проведени массообменных процес сов : сушки жидких олигомеров и поли меров, дегазации, гомогенизации и т.п. В табл. 1 приведено обоснование выбора геометрической формы и размеров аппарата дл массообменных процессов при сушке (обезвоживании ) полиэтиленадипината (ПЭ)прИ следующих услови х: диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, масса ПЭ 1 кг, начальна влажность ПЭ 0,5%, конечна влажность ПЭ 0,03%, температура 120°С, давление 20 мм рт.ст. Из табл, 1 видно, что выполнение торцов цилиндрического барабана 1 с зигзагообразными вырезами 11 в виде равнобедренных треугольников с отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основани к диаметру барабана 1:2-1:10 и выполнение граней 12 на днищах 3 обеспечивает сокращение времени сушки ПЭ до 3 раз. по сравнению с известным jYj аппаратом. Это объ сн етс интенсивной танген-; циальной и осевой циркул цией внутри потока жидкости в предлагаемом аппарате дл массообменных процессов. Выполнение, торцов цилиндрического барабана 1 с геометрическими размерами и днищ 3 с гран ми 12, выход щими за указанные пределы, приводит к увеличению времени сушки вслед- ствие уменьшени осевой циркул ции внутри потока жидкости. В табл. 2 приведены данные по эффективности перемешивани на примере смешени полиэтиленадипината (1 кг) и толу,илендиизоцианат6м (0,2 кг) при получении полиуретанов,при этом начальна концентраци изоцианатных групп ИГнач 1 мас.%, диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, врем перемешивани 15 мин. Оценку эффективности перемешивани производ т по определенному титрованием максимальному разбросу изоцианатных групп ( йИГ) в пробах, вз тых из разных частей барабана, при этом в количественном отношении эффективность перемешивани принимаетс равной 100%, если ЛИГ не превышает 0,1%, т.е. находитс - пределах точности определени изоцианатных групп. Если дИГ больше 0,1%, то ко;шчественно качество перемешивани рассчитываетс по формуле - &ИГ --.100% Из табл. 2 видно, что выполнение торцов барабана 1 с зигзагообразными вырезами 11, представл ющими собой равнобедренные треугольники с основанием, совпадающим с окружностью барабана 1, с отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основани к диаметру барабана 1:2-1:10 с днищами 3, имеющими прилегающие к вырезам 11 на цилиндрической, поверхности барабана 1 гран ми 12, поверхности которых образованы лини ми вырезов 11 на торцах барабана 1 и линией, соедин ющей вершины треугольников с продольной осью барабана 1 и наклоненной к образующей цилиндрической поверхности под углом 30-90, обеспечивает эффективное перемоиивание и эффективность сушки. Выход за указанные пределы, показывает, что эффективность перемешивани и сушки, т.е. эффективность массообменных процессов, резко падает.The invention relates to chemical engineering, in particular, devices for mixing polymeric materials during mass exchange processes (drying), and can be used in the manufacture of, for example, polyurethane. A known apparatus for mass transfer processes — drying of polymers, comprising a horizontal cylindrical Oaraban equipped with flat caps, nozzles for loading and unloading materials, and a device for rotating the drum around a horizontal axis. On the inner wall of the drum along the ridges forming a series of shelves which are arranged in a checkerboard pattern so that during the drum vravdenii the granules of the material being dried do not roll along the walls of the drum but pour from one shelf to another l | . The disadvantages of this apparatus are low efficiency of mixing rtpa for conducting mass transfer processes due to the absence of material mixing in the direction, overgrowing and difficulty of cleaning the inner surfaces of the drum walls and shelves when processing polymeric materials prone to pitch, sub-vulcanization, coagulation, for example polyesters, rubber solutions, latexes. Therefore, such an apparatus is used only in the processing of inert materials. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is the apparatus for. mass transfer processes, containing a horizontally arranged cylindrical drum with bottoms and nozzles for loading and unloading material, driving the rotation of the drum relative to its longitudinal axis, and thermostating means, KpoiMe that screw blades are installed on the inner surface of the drum, ensuring axial movement in the axial displacement the material being processed However, in such an apparatus there is no intensive mass exchange. during the processing of polymeric materials, since it is difficult to move in a tangential direction, limited by helical blades. The disadvantage of this apparatus is also the overgrowth and difficulty of cleaning the inner surfaces of the walls of the ban bar and the spiral blades during the processing of polymeric materials prone to tarring, subvolcanization, coagulation, for example poly-. firs, rubber solutions, latexes which also reduces the intensity of mass transfer. The purpose of the invention is to increase the intensity of mass transfer. This goal is achieved by the fact that in the apparatus for mass transfer processes, which contain a horizontally arranged cylindrical drum with bottoms and nozzles for loading and unloading material, the drum rotates relative to its longitudinal Axis and thermostatic means, on the drum bottoms, on their inner surface, faces are made triangular in shape, and at the ends of the drum there are zigzag notches, each formed by an isosceles triangle with a base located around the circumference of the bar. and heights and bases 1: 2-1: 5 and the base and diameter of the drum 1: 2-1: 10, the notches of the opposite ends of the drum are arranged symmetrically, and the tops of opposite triangles are located on the same forming surface of the drum, while the faces on the bottom of the drum inclined to its longitudinal axis and bounded by zigzag cutouts at the ends of the drum. This embodiment of the apparatus provides intensive tangential and axial circulation of the polymer material processed in it. FIG. 1 shows the apparatus, a general view; FIG. 2 is a view A of FIG. one; in fig. 3 g-dnife drum; FIG. 4 is a section BB in FIG. Ij in FIG. 5 - drum shell; in fig. 6 and 7 - faces on the bottoms (Execution options., VV.) - The apparatus for mass transfer processes contains a horizontally positioned drum 1 made of two cylindrical drums with flanges connected by a bolt connection 2. The drum 1 is equipped with bottoms 3, a branch pipe 4 for pipe 5 For unloading the material and connected to the drive for rotating the drum 1 relative to its longitudinal axis, in a rotary 8 form, for example, the V-belt transmission 6, the Drum 1 has a bearing assembly 7, thermostatic means in the form of a heater 8 and can be mounted in a vacuum chamber 9, fitted with a 10 dL union connection with a vacuum pump (not shown). The cylindrical sides of the drum 1 have zigzag cutouts 11 at the ends. The cutters 11 are formed in the form of isosceles / triangles with a base, located on the circumference, on the circumference, the ratio of height to base is 1: 2-1: 5 and the ratio of base to drum diameter is 1: 2-1: 10, with the tops of the opposite triangles facing away from the ends lying on the same forming surface of drum 1, and the cutouts of the opposite ends of drum 1 are metric On the bottoms 3 of the blrabai 1, along their inner surface, the faces 12 are treadmill shapes, the surfaces of which are inclined to the longitudinal axis of the drum 1 and bounded by zigzag notches 11 on the ends of the drum 1. ZiJ-shaped edges 12 on the bottoms 3 are either stamped from sheet material ala (Fig. 1 and 2, or by machining, for example, by milling thick-walled bottoms (Fig. 3). Depending on the angle of inclination between the line connecting the tops of the triangular notches 11 with the longitudinal axis of the drum 1 and the bounding groove 12, which is 90-30 the bottoms 3 may have edges 12 circumferentially adjacent to notches 1 and a flat middle part with an inclination angle less than 90 (Fig. 2 and 6) or faces 12 along the entire surface at an angle of 90 (Fig. 7). The operation is as follows. Through the nozzle 4, processed polymeric materials are loaded into the apparatus. The rotational speed is set so that the processed material, carried along by the walls of the cylinder: the drums of drum 1, rises upwards and then drains downwards under the influence of gravity (Fig. 4). In this case, the processed material is moved in the tangential direction. The mixing of the processed material in the axial direction is carried out due to the presence of zigzag notches 11 and faces 12. The development of the inner surface of the drum is a restriction. Unmarked heads 3 channel having a variable cross section. When a liquid polymeric material flows through a channel with a variable cross section, secondary currents (vortices) are formed, which ensure the effective mixing of the material being processed in the axial direction. The unloading of the processed material is carried out through the nozzle 5. The proposed apparatus is intended for mass transfer processes: drying of liquid oligomers and polymers, degassing, homogenization, etc. In tab. 1 shows the rationale for the choice of the geometric shape and size of the apparatus for mass transfer processes during drying (dehydration) of polyethylene adipate (PE) under the following conditions: drum diameter 250 mm, length 150 mm, PE mass 1 kg, initial moisture PE 0.5%, final moisture PE 0.03%, temperature 120 ° C, pressure 20 mm Hg. Table 1 shows that the ends of a cylindrical drum 1 with zigzag notches 11 in the form of isosceles triangles with a ratio of height to base 1: 2-1: 5 and a ratio of base to diameter of drum 1: 2-1: 10 and facets 12 on bottoms 3 reduces the drying time of PE up to 3 times. in comparison with the well-known jYj apparatus. This is due to the intense tangan-; Inside the fluid flow in the proposed apparatus for mass exchange processes. The implementation of the ends of the cylindrical drum 1 with geometrical dimensions and the bottoms 3 with edges 12 beyond these limits leads to an increase in the drying time due to a decrease in the axial circulation within the fluid flow. In tab. Table 2 shows the mixing efficiency using the example of mixing polyethylene adipate (1 kg) and tolu, and diisocyanate 6m (0.2 kg) in obtaining polyurethanes, with an initial concentration of isocyanate groups Ignach 1 wt.%, Drum diameter 250 mm, length 150 mm, time stirring for 15 minutes. The mixing efficiency is assessed by the titration determined by the maximum spread of the isocyanate groups (YIG) in samples taken from different parts of the drum, while in quantitative terms the mixing efficiency is assumed to be 100%, if LIG does not exceed 0.1%, i.e. is within the limits of accuracy of determination of isocyanate groups. If DIG is greater than 0.1%, then the quality of mixing is calculated using the formula - & IG - 100% From the table. 2 that the ends of the drum 1 are made with zigzag notches 11, which are isosceles triangles with a base coinciding with the circumference of drum 1, with a ratio of height to base 1: 2-1: 5 and a ratio of base to diameter of drum 1: 2-1 : 10 with bottoms 3 having adjacent to notches 11 on the cylindrical surface of the drum 1 facets 12, the surfaces of which are formed by the lines of notches 11 on the ends of the drum 1 and the line connecting the tops of the triangles with the longitudinal axis of the drum 1 and inclined to the forming cylindrical surfaces at an angle of 30-90, provides effective rewashing and drying efficiency. Going beyond these limits shows that the effectiveness of mixing and drying, i.e. the efficiency of mass transfer processes drops sharply.

При- использовании известного аппарата емкостью 1 л при скорости вращени мешалки 120 об/мин, времени сушки 1 кг полиэтилеиадипината 80 мин из-за, неудовлетворительной сушкиWhen using the known apparatus with a capacity of 1 liter with a rotation speed of the stirrer of 120 rpm, a drying time of 1 kg of polyethylene adipate, 80 minutes due to unsatisfactory drying

Отношение основани треугольника к диаметру барабанаThe ratio of the base of the triangle to the diameter of the drum

Известный 2j ПредлагаемыйFamous 2j Suggested

полиэтиленадипината часть изделий (до 20%) из полиуретана СКУ-ПФЛ-100 идет в брак.polyethylene adipinate part of products (up to 20%) from polyurethane SKU-PFL-100 goes into marriage.

Экономический эффект только от сокращени брака (с 20 до 2%) дл цеха по вьпуску изделий из полиуретана СКУ-ПФЛ-100 производительностью 15 т/г составл ет (при цене 1 кг - КУ-ПФЛ 20 руб) 54 тыс.руб.The economic effect of only reducing rejects (from 20 to 2%) for the shop for putting in products from polyurethane SKU-PFL-100 with a capacity of 15 tons / g is (at a price of 1 kg - KU-PFL 20 rubles) 54 thousand rubles.

Таблица 1Table 1

Врем сушки полиэтиленадипината, минDrying time of polyethylene adipinate, min

6565

. Известный 2.. Known 2.

ПредлагаемыйProposed

1:2 1: 2

1:5 1:3 1:51: 5 1: 3 1: 5

1:51: 5

1.J-5 ,1.J-5,

69,769.7

3,13.1

100 100 100100 100 100

фуг.2.fug.2.

Продолжение таблица cpt/e. . Continued table cpt / e. .

l(l (

vec/ftfv ffcfpaSBffvec / ftfv ffcfpaSBff

Фtfг.SFtfg.S

Claims

APPARATUS FOR MASS EXCHANGE PROCESSES, containing a horizontally arranged cylindrical drum with bottoms and nozzles for loading and unloading material, a drum rotation drive relative to its longitudinal axis and thermostatic control devices, so that, in order to increase the mass transfer rate, faces of a triangular shape are made on the bottoms of the drum, on their inner surface, and on the ends of the drum are zigzag-shaped cutouts, each formed isosceles by a triangle with a base located along the circumference and the drum, with a ratio of the height and base of 1: 2-1: 5 and the base and diameter of the drum 1: 2-1: 10, and the cutouts on the opposite ends of the drum are placed symmetrically, and the vertices of the opposite triangles are located on one forming surface of the drum, this face on the bottom of the drum is inclined to its longitudinal axis and is limited by zigzag cuts at the ends of the drum.