Теория и практика экструзии полимеров

ФИЛЬТРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭКСТРУЗИОННЫХ ГОЛОВОК

Составной частью большинства экструзионных голом» (рис. 5.1) является решетка 4, устанавливаемая на входе в формую щий инструмент У, который крепится к цилиндру 2 экструдерн Решетка создает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку, что улучшает гомогенизацию (перемешивание) расплат полимера. К решетке крепится пакет сит 3 с определенными рш мерами ячеек, который выполняет функцию фильтра, предохрл няюшего от попадания инородных включений в экструзионную головку. Кроме того, с помошыо сменных решеток с отверстиями разных диаметров можно изменять диапазон производительности экструдера, когда возможности регулирования скорости вращении шнека ограничены.

От качества фильтрующей решетки зависит надежность работы всего экструзионного агрегата, а способ ее очистки влияет на про должительность непрерывной работы и время простоя. Особоо значение конструкции фильтрующих решеток имеют в экструзи онных установках для гранулирования порошкообразных поли мерных материалов, а также в установках для переработки вторим ных полимерных материалов, в которых вероятность загрязнении особенно велика.

Фильтрующие решетки не рекомендуется применять в устанон ках для переработки термочувствительных полимеров, так как из м создания дополнительных застойных («мертвых») зон резко уис личивается вероятность термического разложения полимеров.

Обычно применяемые в экструдерах фильтрующие решетки имеют сравнительно небольшую площадь фильтрующей поверх ности, равную площади внутреннего сечения цилиндра. Для уве­личения площади фильтрации применяют фильтрующие устрой­ства специальных конструкций, принцип работы которых рас­сматривается ниже.

После засорения фильтра весь агрегат останавливается, головку демонтируют, заменяют фильтру­ющие элементы, после чего при­ходится заново настраивать обо­рудование на заданный режим ра­боты.

Для уменьшения времени про стоя оборудования, увеличения его производительности и умень

шспия потерь полимерных материалов, связанных с заменой Фильтрующих элементов и перезаправкой вспомогательного (комплектующего) оборудования, применяют исходный матери - .1.1 высокой чистоты. Поэтому простые фильтры малопригодны I (И работы в установках при переработке вторичных полимер­ных материалов. Вообще простые фильтрующие решетки по пе­риодичности действия не соответствуют непрерывному процессу »кс Грузии. В связи с этим в настоящее время предложено большое число фильтрующих устройств, обеспечивающих непрерывность работы экструзионных машин. Эти фильтры можно разделить на ipii принципиально отличающиеся друг от друга группы: фильтры ю сменными фильтрующими элементами, фильтры с периодичес - юй промывкой фильтрующих элементов и фильтры с непрерыв­ной промывкой фильтрующих элементов.

На рис. 5.2 приведена принципиальная схема фильтра первой IРуппы. На плите 5 расположены два фильтрующих элемента 4, которые работают поочередно. Плита 5 с решетками 4 смонтиро­вана на головке 2, причем регулировка усилия прижима плиты к корпусу головки осуществляется гайкой 3. После засорения одно - ю из фильтрующих элементов плита с помощью пневмо - или гид - роцилиндра / перемешается и вводит в работу второй элемент. Перемещение плиты осуществляется при ослаблении затяжки 1лйки 3. Отработанный фильтрующий элемент удаляют, а на его место устанавливают комплект с новым пакетом сит, после чего шика 3 затягивается. После засорения другого элемента цикл по­вторяется.

Возможность засорения фильтров указанного типа, следова - 1сльно, и продолжительность работы агрегата зависят в основном о г загрязненности исходного полимера и плотности пакета сит. ()бычно продолжительность работы фильтра составляет от 5 до 24 ч. Время переключения потока расплава полимера с засоренного фильтрующего элемента на новый не превышает 15 с.

Одним из недостатков конструкции фильтров со сменными фильтрующими элементами является сложность их обслуживании Например, замена отработанного фильтрующего элемента обычно осуществляется при температурах переработки полимеров. Поло му перел переключением элемента необходимо тщательно очме тить плиту от приставшего расплава, а для предотвращения ост новки экструдера полностью удалить застывший полимер из oi верстий опорных решеток. Кроме того, необходимо следить м ростом давления и производить переключение, когда оно доспил ст предельного значения. Часто в конструкциях этих фильтров i. i мена фильтрующего элемента связана с прорывом фильтрующим сит. Другим недостатком этих конструкций является циклическое изменение давления расплава на конце шнека — от минимального значения при установке нового фильтрующего элемента до макси мального, когда элемент считается полностью засоренным. Такое изменение давления влечет за собой нестабильность работы экст­рудера и прежде всего приводит к колебаниям производительное ги. К недостаткам указанных фильтров следует отнести также и необходимость перезаправки комплектующего оборудования пос­ле смены фильтрующих элементов.

На рис. 5.3 приведена схема рабочих положений фильтра с но риодичсской очисткой фильтрующих элементов.

В конструкции этих фильтров при засорении одного из эле

ментов поток расплава с помо шью распределительного крана направляется через другой эле мент, в котором происходит очистка расплава. Основная часть очищенного расплава по­ступает в экструзионную го ловку, а небольшая часть его возвращается и проходит че рез загрязненный фильтрую­щий элемент в противополож­ном направлении (рис. 5.3, а) При этом происходит отмывка элемента от задержанных и осевших на нем инородных час­тиц. Грязный расплав отводится из фильтра через сливное отвер­стие.

В этих фильтрах с помощью кранов осуществляется шесть рабочих операций. Вначале весь поток расплава из экструдера отводится через сливное отвер­стие (рис. 5.3, а), что особенно

iu/kiio и необходимо в период запуска экструдера, когда после ра - нирсва установки выдавливается разложившийся материал, кото­рым может быстро засорить фильтрующие элементы. После этого поток расплава полимера из экструдера проходит через оба фильт - рмощих элемента (рис. 5.3, 6) (путь расплава полимера на рис. 5.3 •■позначен жирной линией). Такая работа фильтра обусловлена h м. что засорение его происходит в течение нескольких часов, а • омывается он в течение нескольких минут. При засорении поток р. пилава направляется через один из фильтрующих элементов, а шорой в это время отмывается (рис. 5.3, в). После очередной про­мывки обоих элементов поток расплава снова фильтруется через оп.| фильтра (рис. 5.3, 6). Такая конструкция дает возможность < пять засоренный фильтрующий элемент (рис. 5.3, г) и заменить «то комплектом с новым пакетом сит, а также установить фильт­рующий элемент с иной плотностью пакета сит при переходе на л ругой вид работы без остановки экструзионного оборудования. Исключение фильтра из одного положения в другое осуществ­ив* юя без разрыва потока расплава полимера в формующем инст - pv менте и происходит в течение нескольких секунд.

Фильтры, работающие по данному принципу, обеспечивают непрерывную работу экструдера в течение длительного времени, 1ч*з остановки для перезагрузки комплектующего оборудования.

Недостатками таких фильтров являются сложность в эксплуа - мции, а также цикличный характер изменения давления расплава н юловке и связанная с этим пульсация производительности.

На рис. 5.4 показан фильтр с непрерывной промывкой фильт­рующего элемента, который состоит из корпуса /, 2 и фильтра 3, вращаемого ротором 4. В этой конструкции фильтрующий эле­мент 3 вращается от индивидуального электропривода. Фильтр работает следующим образом: расплав из экструдера по каналу А проходит область фильтрующего элемента 3, где очищается от ча-

стиц инородных включений и нерасплавленных частиц полимсрм Эти частицы оседают на пакет сит. Очищенный расплав поступит в камеру В. Здесь основная часть потока проходит в выходное oi верстие С и направляется к формующему инструменту экструдерн Другая часть потока очищенного расплава из камеры В проходиi фильтрующий элемент в области а в противоположном напранлг нии. При этом происходит вымывание осевших на сетках пост ронних частиц и отмывка фильтрующего элемента. Загрязненный расплав удаляется через канал D. Электропривод, вращая филы рующие решетки, непрерывно вводит в зону фильтрации b очи щенные, а в зону очистки — загрязненные участки фильтрующею элемента. Таким образом, фильтрация расплава и очистка фильтру* ющего элемента производятся одновременно и непрерывно. Такай конструкция фильтра позволяет стабилизировать все параметры ра боты экструдера при полной очистке перерабатываемого материала от инородных включений или нерасплавленных частиц. Скорость вращения диска с фильтрующими элементами определяется из ус ловия, чтобы время прохождения частиц загрязненного расплава 01 пакета сит до отборочной камеры D превышало время прохождения любой точки диска через область очистки а фильтрующего элемен­та. Так, если скорость вращения диска при выбранных геометри­ческих размерах определяется расходом расплава полимера, посту­пающего на промывку фильтрующих элементов, то при работе эк­струдера объем сливаемого загрязненного расплава необходимо поддерживать на определенном уровне. Расход расплава полимера на промывку фильтрующих элементов определяется давлением рас­плава в канале С и может регулироваться в пределах 5-10 % от об­щей производительности экструдера. Для уменьшения расхода рас­плава полимера на промывку очистку фильтрующего элемента про* изводят периодически. С этой целью сливное отверстие канала /> перекрывают клапаном 5, управляемым электромагнитом 6. Про­должительность промывки элемента и частота циклов устанавлива­ются оператором в зависимости от загрязненности исходного мате­риала и требований, предъявляемых к чистоте конечного продукта.

Термочувствительные полимеры не могут перерабатываться при работе фильтра с вращающимся диском по периодической схеме, так как при перекрывании входного отверстия канала D за­порным клапаном 5 образуется застойная область в обратной ка­мере.