Тема 2 Технология и оборудование подготовительного производства

Назначение подготовительного производства

Технология подготовительного производства в промышленности переработки полимерных материалов охватывает большое число способов обработки исходных материалов, основной целью которой является обеспечение высокого качества конечного продукта. В технологии переработки полимерных материалов подготовительное производство является промежуточным звеном между производством исходных полимеров и их переработкой, т.е. изготовление из них полуфабрикатов:

В подготовительном производстве преимущественно осуществляют такие процессы, которые облегчают и улучшают переработку полимеров и полимерных материалов. Основное назначение подготовительного производства:

• улучшение перерабатываемости полимерных материалов;

• модификация свойств полимеров в соответствии с требованиями к конечным продуктам:

• обеспечение экономически выгодных процессов производства изделий с хорошими эксплуатационными характеристиками.

При этом рассматривается главным образом тепло- и массообмен, которые реализуются при смешении и диспергировании под воздействием тепловой и механической энергии.

Наряду с подготовкой исходных компонентов таких, как стабилизаторы, пластификаторы, наполнители, красители и др., часто требуется удалить низкомолекулярные вещества, например, влагу, остаточные мономеры, растворители, и придать наполненному полимеру хорошую перерабатываемость, т.е. улучшить технологические свойства.

К процессам подготовительного производства в технологии переработки полимерных материалов относят следующие:

Модификация материала:

1. Совмещение, а именно:

­ смешение сыпучих материалов с сыпучими;

­ смешение сыпучих материалов с жидкостями;

­ смешение жидкостей с жидкостями;

­ смешение жидкостей с газами;

­ пропитка твердых веществ растворами;

­ растворение;

­ суспендирование;

­ вспенивание.

2. Разделение, а именно:

* сортировка твердых веществ;

* удаление жидкостей из твердых частиц (сушка);

* удаление газов и летучих веществ из твердых частиц.

Формование материала:

1. Агломерация: грануляция, таблетирование, уплотнение.

2. Измельчение: дробление, диспергирование.

.

Оборудование для диспергирования (измельчения) сырья

Сырье, вводимое в состав полимерных материалов, измельчается на дробильно-помольном оборудовании. Под измельчением понимают процесс разрушения твердого тела и превращение кусков в мелкие под действием внешних сил. В зависимости от величины исходного материала и размеров частиц в конечном продукте различают грубое измельчение (дробление) и тонкое измельчение (помол).

Существуют следующие основные способы измельчения

материала: раздавливание, удар, истирание, раскалывание и сочетание указанных способов.

К основным видам дробильно-помольных машин относят дробилкиимельницы.

Дробилки

По конструкции и принципу действия дробилки разделяются на

1. Шековые дробилки с простым и сложным качением подвижной щеки (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема щековых дробилок с простым (а) и сложным качением (б): 1 – неподвижная; 2 – подвижная щека; 3 – эксцентрик

В этих дробилках материал раздавливается и раскалывается между неподвижной и подвижной щеками в результате периодического сближения. Сближение подвижной щеки происходит за счет эксцентрикового вала. Рабочие поверхности щек имеют рифленую (зубчатую) поверхность. В дробилках со сложным качением щеки материал еще и истирается.

2. Конусные дробилки(рис. 2.2), в которых материал раздавливается и частично изгибается между внешним неподвижным конусом и внутренним дробящим конусом, которые имеют зубчатую рабочую поверхность. Дробящий конус движется по окружности эксцентрично по отношению к внешнему. В конусных дробилках продукт измельчается непрерывно.

Дробилки классифицируются:

по технологическому признаку – мелкого и крупного дробления;

по конструктивному оформлению – с подвешенным валом, консольным и эксцентриковым валами.

Рис. 2.2. Схема конусной дробилки: 1 – неподвижный внешний конус; 2 – дробящий конус; 3 – эксцентриковый вал; 4 – конический редуктор

Рис. 2.3. Схема валковой дробилки: 1 – неподвижный; 2 – подвижный валок; 3 – корпус; 4 - пружина

3. Валковые дробилки (рис. 2.3.), в которых материал раздавливается и частично истирается между валками, вращающимися один навстречу другому.

4. Молотковые дробилки (рис. 2.4), в которых материал дробится при ударе его молотками, свободно подвешенными на быстровращающемся роторе, и частично истирается. Куски дробятся также при ударе друг о друга и дробящие плиты и колосники. Есть молотковые дробилки с жестко закрепленными молотками и шарнирно подвешенными молотками.

5. Бегуны (рис. 2.5) предназначаются для мелкого дробления и грубого помола. Материал раздавливается и истирается между двумя вращающимися катками и чашей.

Рис. 2.4. Схема молотковой дробилки: 1 – молоток; 2 – ротор; 3 – колосник	Рис. 2.5. Схема конструкции бегунов: 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – консольный вал; 4 – траверса; 5 – крышка; 6 – катки; 7 - чаша; 8, 9 – отвалы; 10, 11 – разгрузочные люки; 12 – редуктор; 13 – станина

Мельницы

По конструкции и принципу действия различают следующие основные типы мельниц:

1. Барабанные (шаровые или стержневые) (рис. 2.6) предназначены для тонкого помола. При вращении барабана от электродвигателя через редуктор мелящие тела (шары или стержни) перекатываются (скользят) и материал измельчается ударом и частично истирается. Мельницы могут быть периодического и непрерывного действия. Основными преимуществами шаровых мельниц – получение высокой и постоянной тонины помола и ее регулирование, возможность подсушки материала в самой мельнице, простота конструкции и надежность работы.

2. Вибрационные (рис. 2.7)применяют для тонкого и сверхтонкого помола. Они наиболее эффективны при сверхтонком измельчении (1÷10 мкм). Подразделяются на инерционные и гирационные (эксцентриковые). Вибрация корпуса, опирающегося на пружины, осуществляется вращающимся дисбалансным валом. В этом случае материал подвергается многократному воздействию шаров, поскольку число ударов в вибрационной мельнице во много раз больше, чем в шаровой.

Рис. 2.6 Схема шаровой мельницы: 1– барабан; 2, 3 – крышки; 4 - подшипник; 5 - зубчатый венец; 6 - плиты; 7-загрузочная цапфа; 8-разгрузочная цапфа; 9 - диафрагма; 10 – лифтеры; 11 - шары	Рис. 2.7. Схема вибрационной инерционной мельницы: 1 – корпус; 2 – мелющие тела; 3 – дисбалансный вал; 4 – пружинная опора; 5 - электродвигатель

3. Роликово-маятниковые (рис. 2.8) предназначены для размола, в которых материал раздавливается между неподвижным кольцом и быстровращающимися роликами.

4. Молотковые ударные (рис. 2.9)предназначены для грубого и тонкого помола материалов мягких и средней твердости и в некоторых случаях с одновременной подсушкой его. Принцип действия, как и у молотковых дробилок.

Рис. 2.8. Схема кольцевой ролико-маятниковой мельницы: 1– кольцо; 2 – ролик; 3 – крестовина; 4 – вал; 5 – питатель; 6 – газовый коллектор	Рис. 2.9. Схема молотковой ударной мельницы: 1 – молотки; 2 - ротор; 3 – загрузочный патрубок; 4 – патрубок выгрузки

5. Дезинтеграторы (рис. 2.10)относятся к группе молотковых мельниц и предназначены для измельчения влажных и термочувствительных материалов, например при получении древесного волокна. Измельчение происходит при ударе частиц о пальцы, а также при ударе частиц одна о другую, имеет место и частичное истирание.

6. Пневматические (рис. 2.11) предназначены для тонкого измельчения, в которых материал измельчается при ударе. Кусочки материала подхватываются воздухом, нагнетаемым через сопло. Частицы летят со скоростью 20÷80 м/с и ударяются о размольную плиту, а также друг о друга.

7.Струйные (рис. 2.12)предназначены для сверхтонкого помола. Размол в них происходит за счет соударения частиц, находящихся в турбулентном воздушном потоке, скорость которого сверхзвуковая около 480 м/с. Мельница выполнена в виде эллиптической трубы, в нижней части которой имеются сопла для по дачи воздуха. Частицы материала из приемного бункера поступают в зону диффузора трубы (1), где подхватывается воздухом, поступающим по трубе (2). Затем материал подается в корпус мельницы. В верхней части корпуса мелкие частицы после удара о заслонку (торможения) уносятся из корпуса через патрубок. Более крупные частицы за счет большой инерции движутся по корпусу вниз и снова подхватываются потоком воздуха, соударяясь друг о друга.

Рис. 2.10. Схема дезинтегратора: 1 – пальцы; 2 – диски крепления пальцев	Рис. 2.11. Схема пневматической мельницы: 1 – измельчаемый материал; 2 – сопло; 3 – размольная плита	Рис. 2.12. Схема струйной мельницы: 1 – труба-питатель; 2 – воздушная труба; 3 – сопла; 4 – эллиптический корпус; 5 – отбойная заслонка; 6 – выходной патрубок.