Пневмотранспорт полимерных материалов

Лекция 2. ПНЕВМОТРАНСПОРТ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Расчет системы пневмотранспорта сводится к определению аэродинамических потерь при транспортировании материала, и на их основании осуществляется выбор оборудования. 1.Схема пневмотранспорта 2.Оборудование 3.Расчет системы пневмотранспорта 4.выбор вентилятора. Расчет системы пневмотранспорта 1– загрузочный бункер 2– секторный дозатор (секторный питатель, шлюзовой затвор) 3– загрузочная воронка 4– циклон 5– приемный бункер 6– шиберная задвижка 7– фильтр 8– вентилятор (либо водокольцевой вакуум-насос) 9- зонд В промышленности реализуется три схемы пневмотранспорта: 1.Пневмотранспорт по системе нагнетания воздуха. Силовой агрегат устанавливается перед загрузочной воронкой. В качестве силовых агрегатов используются вентиляторы, компрессоры, газодувки. 2.Вакуум-транспорт. Силовой агрегат устанавливается за фильтром. Используются вентиляторы,водокольцевые вакуум-насосы. 3.Комбинированная схема. Пневмо-вакуум-транспорт. -транспортирование полимерного материала за счет инжекционных насадок. Устанавливаются перед загрузочной воронкой. -установка двух вентиляторов перед загрузочной воронкой и за фильтром.Применяется в случаях транспортирования материала на очень расстояние, когда в наличие имеются только вентиляторы, и их напора недостаточно для преодоления аэродинамических потерь. Аэродинамические потери определяются: Σξi – коэффициент местных сопротивлений (загрузочные воронки, отводы, диффузоры, ответвления,выхлопные зонды, жалюзи и т.д.) ξзам– коэффициент линейных потерь, приведенный к значению условно гладкого воздуховода.Зависит от диаметра и скорости воздуха. Σl – сумма длин горизонтальных и вертикальных участков проектируемой системы Все эти коэффициенты берутся из таблиц. А – скоростной напор. Для различных скоростей данные приведены в таблице. Скорость пневмотранспорта должна в 2 – 3 раза превышать скорость витания частиц. (скорость витания – скорость потока воздуха в котором масса частицы компенсируется аэродинамическим сопротивлением на вертикальном участке).Зависит от плотности материала, плотности, формы и геометрических размеров частиц. Расчет системы пневмотранспорта производят следующим образом: По заданной производительности и виду транспортируемого материала определяют: -количество воздуха необходимое для транспортирования заданного количества материала: Gв – объем воздуха В– количество транспортируемого материала µ- коэффициент заполнения (2÷2.5 кг материала/кг воздуха) γ– плотность воздуха. По типу транспортируемого материала при заданной скорости воздуха определяется скорость витания, затем выбирается воздуховод определенного диаметра. При заданной скорости транспортирования и выбранном диаметре воздуховода определяют часовую производительность воздуховода и ξзам (из таблиц). Выбирается конструкция отводов. Размещение оборудования пневмотранспорта и определение длин участков транспортирования материалов. Производится расчет аэродинамических потерь до циклона (ΔРд.ц.) Рпт=ΔРд.ц.(1+kµ)+νlв Рпт– аэродинамические потери пневмотранспорта ΔРд.ц.– аэродинамические потери воздуха на участке до циклона k – коэффициент увеличения аэродинамических потерь на транспортирование материала. Зависит от вида материала и определяется из таблиц. µ- коэффициент заполнения ν– величина обратная µ (ν=1/µ) lв – длина вертикального участка После определения потерь на пневмотранспорт, определяют общие потери: Робщ=Рпт+ΔРпц+ΔРц+ΔРф ΔРц– аэродинамические потери в циклоне ΔРф– аэродинамические потери в фильтре. После расчета общих потерь определяются напорную характеристику (Н) и производительность(Qв) вентилятора: Н=1.1Робщ;Qв=1.1Qпт (Qпт – из таблиц) Выбор циклонов производится исходя из их производительности по воздуху. Геометрические размеры циклона влияют на аэродинамическое сопротивление. Чем больше диаметр циклона, тем выше потери. Фильтры выбирают исходя из их поверхности и производительности. Вентиляторы выбирают исходя из номограмм: Шкала напора вентилятора линейна, шкала производительности нелинейна. К.П.Д. работы вентилятора изменяется от центра. Оптимальной считается точка, которая обеспечивает максимальный К.П.Д. Оптимальным считается число оборотов вентилятора 1500 об\мин Пневмотранспортом можно транспортировать гранулированные материалы. Порошкообразные материалы лучше транспортировать вакуум-транспортом (во избежание запыленности в помещениях через неплотности воздуховодов). Пневмотранспортом запрещается транспортировать взрывоопасные вещества, вещества образующие взрывоопасные смеси с воздухом, и порошкообразные композиции, состоящие из нескольких ингредиентов, так как возможна их сепарация из-за различной скорости витания каждого ингредиента. Лекция 4. СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1.Оценка критериев качества смешения (самостоятельно. Задание для самостоятельной работы №2) 2.Классификация смесителей 3.Барабанные смесители без перемешивающего устройства 4.Барабанные смесители с перемешивающим устройством Для поучения качественных изделий, особенно композиционных материалов, и особенно в тех случаях, когда полученная композиция не подвергается дальнейшей гомогенизации(прессование, литье на плунжерных ТПА), композицию необходимо тщательно перемешивать. Для оценки качества перемешенной композиции используют критерии качества. Для смешения ингредиентов применяют смесители, которые различаются как по назначению, так и по конструкции. В зависимости от периодичности процесса они бывают периодические и непрерывные. По назначению применяются для смешения: -в системе твердое-твердое (смесители сыпучих материалов) -в системе твердое-жидкое (приготовление паст, растворов полимеров) -в системе жидкое-жидкое (приготовление сложных пластификаторов и растворителей с целевыми добавками) По конструкции -барабанные -лопастные -шнековые -турбинные -центробежные -роторные Барабанные смесители без перемешивающего устройства 1.Цилиндрический с наклонной осью 1– подшипники 2– ось 3 –барабан 4– загрузочный люк 2.С вертикальным расположением цилиндра 2– подшипники 3– ось 1– барабан 4– разгрузочный люк 3. Призматические 1– подшипники 2– призма 3 – разгрузочный люк 4. V – образные 2– подшипники 1– ось 3– V – образный цилиндр 4– разгрузочный люк 5. Рюмочный смеситель 1– шаровая опора 2– ось 3– червячное колесо редуктора 4– рюмка 5- перемешиваемый материал 6– червяк редуктора Схема барабанного смесителя без перемешивающего устройства 1 –электродвигатель 2– муфта 3– редуктор 4– муфта 5– приводной вал 6– правая крышка 7– корпус 8– бандажное зубчатое колесо косозубой передачи 9– ленточный шнек 10– полки 11– загрузочный люк 12– левая крышка 13– лабиринтное уплотнение 14– цилиндр разгрузочного устройства 15– фланцевый электродвигатель 16– редуктор 17– опорная стойка 18– разгрузочная воронка 19– подшипниковый узел 20– приводные шестерни 21– лоток Принцип работы: Через загрузочный люк 11 загружаются ингредиенты, при этом объем загружаемого материала не должен превышать 1/3 объема корпуса. После загрузки включается электродвигатель1, и через редуктор 3, ось 5 шестерни 20, находящиеся в зацеплении с бандажными зубчатыми колесами 8, передают вращение на барабан. Разгрузочное устройство(поз. 21, 14, 15, 16, 17, 18) остаются неподвижными. Для устранения возможности проникновения пыли из корпуса 7 в зазор между поз. 14 и крышкой 12предусмотрено лабиринтное уплотнение 13. Загруженные ингредиенты лопастями 10 подхватываются и пересыпаются внутри барабана. Для интенсификации перемешивания лопасти имеют наклон в 4-6° к образующей цилиндра корпуса 7.Поэтому материал имеет возможность перемещаться вдоль оси корпуса. Конструкция лотка и размеры лопастей выполнены таким образом, что они обеспечивают ссыпание ингредиентов в лоток 21. Для того, чтобы материал не оставался в лотке, шнек 9 вращается в направлении, обеспечивающем постоянную выгрузку материала. По окончании времени перемешивания (качество перемешивания определяется отбором проб и расчетом критериев качества смешения) электродвигатель переключается на обратное направление вращения шнека. Шнек подхватывает перемешенный материал и по лотку21 через цилиндр 14 выгружает материал из разгрузочной воронки 18. Таким образом готовят композиции для получения изделий методом прессования. При получении изделий методом литья под давлением на шнековых ТПА возможно смешение, например, концентрата красителя с основным полимером в простых барабанных смесителях. К аппаратам периодического действия относятся барабанные смесители с перемешивающим устройством. Схема одностадийноготурбосмесителя Схема двухстадийноготурбосмесителя 1– станина 2– шкив клиноременной передачи 3– электродвигатель 4– рубашка 5– первый корпус 6– загрузочный люк 7– поворотное устройство для регулирования интенсивности смешения 8– гидроцилиндр поворота 9– поршень 10– рычажная система 11– донный клапан 12– гайка крепления 13– пропеллерная мешалка 14– опорные лапы 15– вал привода 16– колесо клиноременной передачи 17– рубашка охлаждения второго корпуса 18– второй корпус 19– пропеллерная мешалка 20– гайка крепления 21– поворотное устройство для регулирования интенсивности смешения 22– гидравлический цилиндр поворота 23– поршень 24– рычажный механизм 25– донный клапан 26– разгрузочный патрубок 27– опорная лапа 28– колесо клиноременной передачи 29– второй электродвигатель. Электродвигатель привода мешалки второго корпуса по схеме находится на заднем плане корпуса 2,или устанавливается внутри станины 1 на дополнительной раме. Перегрузка материала из корпуса 1 в корпус 2 осуществляется при вращающейся мешалке 13. Мешалка19 тоже вращается, при этом происходит разрушение комков композиции,поступающей из корпуса 1.В рубашку 17 подается холодная вода. Такие смесители используются для получения поливинилхлоридных композиций с содержанием пластификатора до 7%. Для улучшения растворения стабилизаторов ПВХ, первый корпус подогревается до температуры 60°. Перегрев корпуса не допустим, так как при температуре выше60° увеличивается степень набухания ПВХ в пластификаторе, и увеличивается вероятность его слипания в крупные комки. Для приготовления растворов полимеров используются реакторы с мешалкой и рубашкой для подогрева раствора. Схема смесителя в системе твердое-жидкое 1– фланцевый электродвигатель 2– планетарный редуктор 3– стойка крепления двигателя 4– муфта 5– корпус для загрузки жидких ингредиентов 6– верхняя крышка 7– рубашка 8– якорная мешалка 9– корпус 10– гидравлический цилиндр привода донного клапана 11– донный клапан 12– опорные лапы 13– патрубок для загрузки сухих ингредиентов