Химические волокна

Процессы и оборудование для подготовки полимеров к формованию

1. Процессы и оборудование для повышения молекулярной массы полимеров

Повышение молекулярной массы достигается дополиконденсацией стандартного полимера в жидкой или в твердой фазе.

1.1 Жидкофазная дополиконденсация

Процесс жидкофазной дополиконденсации ПЭТ (HVSRпроцесс) проводится в расплаве в диапазоне температур 270−310 °С в глубоком вакууме 0,05−0,4 МПа. Схема процесса приведена на рис. 1.

Дополиконденсатор (рис. 2) представляет собой горизонтальный аппарат, снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева парами динила. При вращении мешалки обеспечивается распределение расплава в тонком пристенном слое, что позволяет существенно интенсифицировать процесс. Уровень заполнения аппарата контролируется системой с радиоактивным уровнемером, регулируется путем изменения частоты вращения шнека экструдера.

Технологическая схема жидкофазной дополиконденсации

Рис. 1. Технологическая схема жидкофазной дополиконденсации: 1 – дополиконденсатор; 2 – отделитель олигомеров; 3 – вакуумный шлюз; 4 – сборник ЭГ; 5 – сборник запорной жидкости; 6 – разгрузочный насос; 7, 8 – насосы Рутса; 9 – гликолькольцевой насос; 10 – сборник ЭГ; 11 – теплообменник; 12 – сепаратор; 13 – клапан

Разрез HVSR-реактора

Рис. 2. Разрез HVSR-реактора: 1 – верхний статор; 2 – нижний статор; 3 – испаритель; 4 – разгрузочный статор; 5 – разгрузочный статор с шестеренчатым насосом; 6 – мешалка с валом и лопастями; 7 – ротор со скребками; 8 – подшипники; 9 – уплотнение; 10 – ввод продукта; 11 − вакуумный колпак

Вакуум в системе создается с помощью трехступенчатой установки. Отсасываемые вакуумной системой из дополиконденсатора летучие продукты попадают в отделитель олигомеров, представляющий собой стальной горизонтальный аппарат, установленный с небольшим уклоном, снабженный двумя «рубашками». Входная часть отделителя обогревается парами динила для предотвращения преждевременного отложения олигомеров. В «рубашку», расположенную на выходной части отделителя, подается оборотная вода для осаждения продуктов реакции.

Конденсат ЭГ с примесями олигомеров стекает через вакуумный шлюз в сборник ЭГ, в дальнейшем утилизируется путем огневого обезвреживания. Несконденсировавшиеся в сепараторе пары отсасываются вакуумным стендом в гликолевый бачок, откуда поступают в сборник ЭГ. Расплав ПЭT из дополиконденсатора через воронкообразный штуцер поступает на выгружной шестеренчатый насос, затем на вмонтированный в линию расплава статический смеситель. Давление в расплавопроводе регулируется изменением скорости вращения привода выгружного насоса с блокировкой по верхнему значению, равному 17 МПа. Инертная среда в дополиконденсаторе и в отделителе олигомеров создается подачей азота давлением 0,05 МПа.

1.2 Твердофазная дополиконденсация

В результате обработки полиэфира на установке твердофазной дополиконденсации (SSP) повышается характеристическая вязкость с 0,56−0,65 до 0,78−0,82 дл/г; из полимера удаляются летучие примеси (ацетальдегид и др.). В готовом продукте, как правило, контролируют характеристическую вязкость, содержание ацетальдегида, карбоксильных групп, влажность, массу гранул и их гранулометрические характеристики.

Установка твердофазной дополиконденсации фирмы Buhler AG (рис. 3). Установка включает стадии предварительной кристаллизации, кристаллизации, предполиконденсации, поликонденсации и охлаждения гранулята, а также систему очистки циркулирующего азота.

Схема непрерывной дополиконденсации ПЭТ

Рис. 3. Схема непрерывной дополиконденсации ПЭТ: 1 – приемный бункер; 2, 4, 18, 20, 28 – ячеистые питатели; 3 – предварительный кристаллизатор; 5 – кристаллизатор; 6, 7, 23, 45, 50 – радиальные вентиляторы; 8, 9, 24, 25, 26, 27, 31, 41, 49, 51 – электрические газонагреватели; 10, 11, 44 – циклоны; 12, 13, 43 – всасывающие фильтры; 14, 15, 32, 47 – баки для сбора пыли; 16, 17, 48 – шлюзовые затворы; 19 – пререактор; 21 – реактор дополиконденсации; 22, 30 – фильтры; 29 – компрессор; 33 – экономайзер; 34, 36, 38 – водяные газоохладители; 35 – платиновый катализатор; 37 – газодувка; 39 – адсорбер; 40 – патронный фильтр; 42 – охладитель гранулята; 46 – глушитель

Гранулят аморфного ПЭТ подается в бункер смешения пневмотранспортом, затем, пройдя бункерные весы, шлюзовый затвор и шлюзовый питатель, поступает в приемный бункер реактора предкристаллизации (рис. 4).

Предварительный кристаллизатор OTWR, работающий в режиме псевдоожижения слоя гранулята, включает вытяжной колпак с центральными патрубками загрузки продукта и отвода газа, корпус с впускным патрубком для газа и легкосъемной перфорированной панелью, выпускную секцию с разгрузочным патрубком для продукта и регулируемыми порогами.

предкристаллизатор OTWR

Рис. 4. Общий вид предкристаллизатора OTWR

Предкристаллизация с одновременным обеспыливанием осуществляется при температуре около 160 °С. В процессе обработки гранулят нагревается до температуры стеклования 70−80 °С и переходит из стеклообразного в эластическое состояние (становится клейким). При дальнейшем нагревании гранулят начинает кристаллизоваться и теряет способность к агломерации. Благодаря интенсивному перемешиванию гранул в фонтанирующем псевдоожиженном слое и конструктивным особенностям аппарата возможность агломерации поступающих гранул с уже закристаллизованными сводится к минимуму. Время пребывания гранулята в предварительном кристаллизаторе 20 мин.

Частично закристаллизованные гранулы, непрерывно выходящие через регулируемое разгрузочное устройство предварительного кристаллизатора 3*, по самотечному трубопроводу через шлюзовый питатель 4 непрерывно поступают в кристаллизатор OTWG 5 с пульсирующим псевдоожиженным слоем, где происходит дальнейшая кристаллизация ПЭТ в потоке газа, нагретого до температуры 180 °С (рис. 5). Степень кристалличности гранулята повышается до 35−40 %. Время пребывания гранулята в кристаллизаторе 10 мин. Технологический воздух, циркулирующий в замкнутых контурах аппаратов предварительной кристаллизации и кристаллизации, подается радиальными вентиляторами 6, 7, нагревается до необходимой температуры электрическими нагревателями 8, 9, очищается от полимерной пыли в циклонах 10, 11.

Схема работы кристаллизатора

Рис. 5. Схема работы кристаллизатора: 1 − кристаллизатор; 2 − питатель; 3 − циклон; 4 − вентилятор; 5 − нагреватель

Для поддержания в циркулирующем воздухе постоянной концентрации ацетальдегида и влаги, выделяющихся из гранул в процессе кристаллизации, постоянно часть воздуха из контуров через трубопровод с заслонкой удаляется в атмосферу; постоянная подпитка контуров свежим атмосферным воздухом производится через соответствующие трубопроводы со всасывающими фильтрами 12, 13 и обратными клапанами. Пыль, улавливаемая в циклонах 10 и 11, собирается в баках 14, 15, которые соединяются с нижней частью циклонов с помощью трубопроводов со шлюзовыми затворами 16, 17.

Разрез предварительного реактора

Рис. 6. Разрез предварительного реактора: 1 − смотровые стекла; 2 − датчик уровня; 3 − распределитель гранулята; 4 − датчики температуры гранулята; 5 − датчики температуры газа; 6 − вход гранулята; 7 − вход газа; 8 − выход газа; 9 − выпускной конус

Гранулят из кристаллизатора 5 по самотечному трубопроводу через шлюзовый питатель 18 непрерывно поступает в предварительный реактор дополиконденсации 19 (рис. 6) для нагрева гранулята в противотоке перекрестных струй горячего азота, распределенных по высоте установки, до температуры твердофазной дополиконденсации (210−220 °С).

В процессе такой термообработки степень кристалличности гранулята повышается до 50 %, содержание влаги уменьшается до 30 ppm. В качестве теплоносителя и транспортировочного газа на стадиях преддополиконденсации, транспортирования горячего продукта и дополиконденсации используется газообразный азот. Система циркуляции азота отделяется от систем циркуляции воздуха стадий кристаллизации и охлаждения герметичными шлюзовыми питателями 18 и 20. Выходящий из реактора 19 азот смешивается с азотом, выходящим из реактора поликонденсации 21, проходит через фильтр 22 и радиальным вентилятором 23 последовательно подается в соответствующие отсеки реактора 19 через электрические газонагреватели 25, 26, 27, нагревающие азот до необходимой температуры.

Предварительный реактор изготовлен из нержавеющей стали и имеет четыре секции нагрева (В и С) и одну (нижнюю) охлаждения D, разделенные по высоте решетками жалюзийного типа, что обеспечивает равномерное перемешивание гранулята и возможность регулирования его температуры на выходе подачей охлаждающего азота в нижний отсек. Гранулят подается через входное отверстие 6. Распределитель 3 равномерно распределяет полимер по сечению секции подачи А. Датчики уровня 2 контролируют максимальный и минимальный уровень гранулята в секции A. Датчики температуры 4 позволяют контролировать температуру гранулята.

Секция пререактора 1 (рис. 7, а) представляет собой емкость с поперечно расположенными специальными профилями (в виде конька крыши), приваренными к стенке только одним концом. Гранулят 2, перемещаясь вниз по профилям 3, обрабатывается потоком азота.

Секция пререактора

Рис. 7. Секция пререактора: а – внешний вид; б – схема перемещения гранулята

Профили расположены перпендикулярно газовому потоку со смещением по отношению друг к другу. Азот 4, проходя по внутренним желобам входных профилей 5, равномерно распределяется в массе гранулята. Проходя по желобам выходных профилей 6, газ выводится из процесса. Каждая теплообменная секция состоит из нескольких рядов профилей 3 и распределительных зон для входящего и выходящего газа 7, 8.

Реактор работает под избыточным давлением, оснащен предохранительными клапанами, срабатывающими при повышении избыточного давления азота до 25 кПа. Время пребывания гранулята в реакторе 4,0−4,5 ч.

В секции охлаждения D реактора температура полимера понижается для предотвращения спекания полимера в последующих аппаратах. Полимер непрерывно выгружается из реактора через секцию выхода E. Разделение потока гранулята на четыре части в выгружном конусе 9 сделано с целью уменьшения разбежки по времени пребывания полимера в реакторе. Из предварительного реактора гранулят через ячеистый питатель самотеком поступает в реактор дополиконденсации 21 через входное отверстие 9, расположенное по оси реактора (рис. 8).

Реактор дополиконденсации

Рис. 8. Реактор дополиконденсации

Реактор дополиконденсации − цилиндрический аппарат, работающий под избыточным давлением до 100 кПа в режиме псевдоожиженного слоя при температуре 200−240 °С. Он состоит из верхней сферической части A с фланцем, цилиндрической части B, конуса реактора C с входным штуцером газа 1 и выгружным конусом продукта 2. В реакторе протекает теплои массообмен между потоком гранулята и перемещающимся в противоположном направлении потоком азота. Благодаря особой конструкции реактора диапазон времени пребывания гранул в реакторе довольно узок, что способствует однородности по качеству получаемого на выходе полимера.

Подаваемый с установки очистки азот, проходящий адсорбер 39, нагревается до рабочей температуры в электронагревателе и поступает в реактор противотоком к потоку гранулята. Азот подается через штуцер подачи газа 1 на конусе реактора. Далее по кольцевому каналу 10 он равномерно распределяется по окружности реактора. В щелевом канале создается перепад давления, и азот равномерно распределяется в массе полимера в районе горизонтального распределительного газового кольца 11. Выходящий из реактора азот направляется на установку очистки азота.

Гранулят выгружается через выгружной конус и ячеистым питателем 20 подается в реактор охлаждения 42, работающий в режиме псевдоожиженного слоя, где принудительное охлаждение гранулята осуществляется потоком воздуха. После охлаждения гранулят направляется на затаривание.

Установка SSP твердофазной дополиконденсации фирмы Sinco (рис. 9). Гранулят ПЭT подается из бункера продувки гранулята 1 в бункер гранулята 2. Подача гранулята в предварительный кристаллизатор 4 осуществляется непрерывно через роторный клапан 3 при непрерывной продувке емкости азотом. Гранулят кристаллизуется в псевдоожиженном состоянии при температуре 190 °С в токе азота, циркулирующего в замкнутом контуре. Азот проходит через циклон 8 и фильтр 9. Основное количество пыли собирается в пылесборнике 7. Нагретый электронагревателем от 150 до 200 °С азот вентилятором 10 возвращается в контур.

Поток гранулята через роторный клапан 5 поступает в первый кристаллизатор 6, а затем самотеком во второй кристаллизатор 11. Кристаллизаторы шнекового типа обогреваются диатермическим маслом, подаваемым насосами 12 и 13. Масло протекает внутри шнековых конвейеров лопастного типа и внутри «рубашки». В первом кристаллизаторе продукт нагревается до температуры 200 °С, во втором – до 210 °С, при этом степень кристалличности полимера достигает 40−45 %.

Технологический азот, подаваемый в кристаллизаторы противотоком к грануляту, удаляет частицы пыли, образующиеся при передаче гранулята шнековыми конвейерами, и ацетальдегид, который выделяется в процессе нагрева.

Реакция твердофазной поликонденсации проводится в вертикальном реакторе SSP, куда гранулят поступает через роторный клапан 16 при температуре 205−215 °С в течение 10−12 ч. Реактор 15 представляет собой сосуд с «рубашкой», обогреваемый циркулирующим диатермическим маслом, подаваемым насосом 17.

Схема процесса твердофазной дополиконденсации фирмы Sinco

Рис. 9. Схема процесса твердофазной дополиконденсации фирмы Sinco

Для удаления газообразных продуктов реакции твердофазной поликонденсации внутрь реактора противотоком грануляту подается азот при температуре ~ 210 °С. Реактор оборудован шестью показывающими температурными контрольноизмерительными приборами и двумя температурными сигнализациями во избежание перегрева реактора. Горячий ПЭТ выгружается из реактора в холодильник 18 с псевдоожиженным слоем. Система обогрева аппаратов снабжена емкостью аварийного слива масла 19.

Азотный контур предназначен для пяти пользователей: бункера гранулята, пылеотделителя, кристаллизаторов, реактора SSP, охладителя. Азот, подаваемый на установку, должен быть очищен от ацетальдегида, воды и органических примесей и осушен. Установка интересна применяемым способом очистки азота. Очистка выполняется выжиганием органических продуктов из азота воздухом при строгом выдерживании заданного содержания кислорода, приемлемого для контакта с ПЭТ. На заключительной стадии очистки азот пропускается через молекулярные сита.

Установка SSP

Рис. 10. Установка SSP: 1 – станция приема гранулята; 2 – отделение первой кристаллизации; 3 – отделение второй кристаллизации; 4 – стадия твердофазной дополиконденсации; 5 – система очистки азота; 6 – система охлаждения гранулята

Общий вид установки твердофазной дополиконденсации приведен на рис. 10.

Разработаны конструкции реакторов твердофазной дополиконденсации, где все стадии кристаллизации, предварительной и окончательной дополиконденсации проводятся в одном аппарате, условно разделенном на отдельные зоны. Вместе с тем существует точка зрения, что раздельное проведение этих процессов улучшает качество гранулята. Общим для этих установок является использование циркулирующего в замкнутом контуре азота с его очисткой.

Технология 2R-MTR. Технология производства гранулята ПЭТ традиционно основывалась на процессе непрерывной поликонденсации, в ходе которой синтезируется полимер с характеристической вязкостью от 0,55 до 0,62 дл/г и содержанием ацетальдегида от 40 до 100 ррm. Для производства ПЭТ с вязкостью 0,76−0,85 дл/г и содержанием ацетальдегида менее 1 ррm, что требуется для упаковки пищевых продуктов – для преформ и экструзионной пленки, за традиционной поликонденсацией должна следовать дополиконденсация в твердой фазе SSP.

С целью ограничения деструкции ПЭТ в ходе синтеза существовавшая четырехреакторная технология 4R (4 reactors) непрерывной поликонденсации была заменена новой двухреакторной технологией 2R, рассчитанной на минимальное время пребывания полимера в расплавленном состоянии и низкие температуры расплава. Для процесса 2R был разработан принципиально новый реактор башенного типа ESPREE и финишный поликонденсатор DISCAGE. Реактор DISCAGE используется для поликонденсации также при производстве ПБТ, ПК и модифицированных полиэфиров.

Чтобы избежать дорогостоящей дополнительной стадии твердофазной дополиконденсации SSP с получением полимера характеристической вязкости 0,85 дл/г, был создан реактор MV-DISCAGE (MV (Middle Viscosity) − средняя вязкость). Разработана и технология получения полимера с низким содержанием ацетальдегида, готового для производства преформ, получившая название «расплав в смолу» (MTR). Были внесены изменения в конструкции реакторов ESPREE и DISCAGE, расплавопровода, в процесс фильтрации и систему разгрузки полимера, разработана конструкция гранулятора с продавливанием расплава через перфорированную плиту (подводное гранулирование), предусмотрены темперирование гранул до уровня кристаллизации менее 25 % и дегазация для удаления следов летучих компонентов, в том числе и ацетальдегида. В результате оказалось возможным достичь уровня содержания ацетальдегида в грануляте 0,5−1 ррm, что сопоставимо с методом SSP.

В отличие от технологии SSP для дальнейшей переработки сферических гранул с высокой характеристической вязкостью нет необходимости в большой кристалличности. Получаемые при подводном гранулировании сферические гранулы, содержащие в среднем около 75 % аморфной фазы, благодаря меньшей поверхности контакта теряют склонность к слипанию в ходе последующих температурных обработок. Цилиндрические ПЭТ-гранулы, полученные стренговым гранулированием, должны иметь кристалличность более 35 % для последующих процессов темперирования и более 45 % для дополиконденсации в твердой фазе. Другим преимуществом сферических гранул является поверхность, напоминающая апельсиновую корку, что объясняется макроэффектами местного выпаривания и кавитации от потока воды, уносящего гранулы после резки. Такая структура поверхности также способствует последующей дегазации.

Благодаря уменьшенной кристалличности по сравнению с полимером, полученным методом SSP, требуется меньше энергии в дальнейшем для плавления при экструзии на машине по производству преформ и минимизируется выделение при этом ацетальдегида.

Процесс дегазации для удаления ацетальдегида и других летучих компонентов из гранул, дополняющий технологию MTR, осуществляется псевдоожижением гранул низкоскоростным потоком нагретого воздуха с температурой от 150 до 180 °С, поступающего в микроотверстия перфорированных виброконвейеров и протекающего через слой гранулята. Содержание ацетальдегида при этом уменьшается до 3−5 ррm. Дальнейшая дегазация осуществляется в емкости при выдерживании в адиабатических условиях за счет уноса ацетальдегида низкоскоростным потоком нагретого воздуха. При этом содержание оставшегося в гранулах ацетальдегида снижается до 0,5−0,9 ррm без увеличения вязкости. Гранулы охлаждаются до температуры расфасовки в кожухотрубном теплообменнике, встроенном в нижнюю часть этой емкости.

Начальная характеристическая вязкость расплава полимера 0,82−0,85 дл/г сохраняется и обеспечивает низкую скорость кристаллизации, поэтому время пребывания не является критическим фактором. Однако необходим строгий контроль температуры воды и времени пребывания в системе резки и обезвоживания, чтобы поддерживать кристаллизацию на уровне не более 25 %.

Технология 2R-MTR позволяет производить ПЭТ-гранулят, полностью удовлетворяющий производителей преформ и бутылок, и экономить около 80 евро на тонну продукции.

2. Сушильное оборудование, кристаллизаторы, металлоуловители, обеспыливающие устройства, вибросита

Удаление пыли и выравнивание гранулята по гранулометрическому составу является необходимым условием стабильности процесса формования, особенно высокоскоростного.

Гранулят подвергается фракционированию на вибросите, где на перфорированных ситах происходит отделение непрорезов, механических примесей и частично мелких фракций (пыли).

Важным моментом является обеспыливание гранулята – отделение образовавшейся при транспортировании, кристаллизации и сушке пыли (мельчайших частиц полимера). После вибросита гранулят через дозатор поступает в сепаратор, куда противотоком с помощью воздуходувки подается сильный поток воздуха. Воздушная сортировка (сепарация) основана на том, что крупные частицы материала, находящиеся в потоке воздуха, под влиянием гравитационных или центробежных сил осаждаются, а мелкие уносятся. Перед поступлением в атмосферу воздух очищается от пыли в циклонах или фильтрах. Поскольку количество пыли в грануляте после сушки возрастает примерно в 2 раза, обеспыливание можно проводить дважды – до и после сушки. Кроме того, важно использовать оборудование, обеспечивающее минимальное механическое воздействие на гранулят – системы тактовой подачи, кристаллизаторы и сушилки с псевдоожиженным слоем, без механических устройств для перемешивания.

Затем гранулят проходит металлосепаратор (металлоуловитель) для удаления возможных металлических включений. Металлоуловитель, состоящий из детекторной поисковой катушки и сепарирующего устройства (рис. 11), включают в технологическую схему при затаривании сырья в бункера, при транспортировании на машины формования, при подаче материала в экструдер, т.е. там, куда может поступать загрязненный полимер.

Последовательность операций при работе металлосепаратора

Рис. 11. Последовательность операций при работе металлосепаратора: а – внешний вид; б, г – движение чистого гранулята; в – отделение порции гранулята с металлическими включениями; 1 – детектор; 2 – пневмоклапан; 3 – сепаратор; 4, 5 – клапаны; 6 − бункер для загрязненного материала; 7 − промежуточная камера; 8 – металл; 9 – гранулят; 10 – трубопровод

Гранулят полимера транспортируется через сепарирующий клапан к выходному отверстию металлосепаратора. Порция гранулята с мельчайшими металлическими включениями отделяется, основная масса гранулята транспортируется далее. Металлосепараторы распознают и удаляют как магнитные, так и немагнитные металлические включения диаметром ≥ 0,4 мм (ферромагнитные сплавы, нержавеющую сталь, цветные металлы, Fe, Cr, Cu, Al и т.д.) без прерывания потока при срабатывании пневматического клапана. Устройства с автономным микропроцессорным блоком управления работают при скорости подачи до 20 м/с.

Металлосепаратор устанавливается в вертикальном или горизонтальном участке трубопровода, транспортирующего гранулят (агломерат, дробленые отходы).

Полиэтилентерефталат неустойчив к гидролизу. Гидролиз расплавленного ПЭТ и вследствие этого снижение молекулярной массы полимера приводят к обрыву нити. Для максимального удаления остаточной влаги необходима эффективная сушка. Величина остаточной влаги в полимере, которая перед обычным формованием составляет до 0,01−0,02 %, перед ВСФ не должна превышать 0,005 %.

В настоящее время в производстве чаще всего используются шахтные сушилки непрерывного действия, установленные или непосредственно над экструдером, или отдельно в случае централизованной сушки. Температура сушки обычно составляет 160−180 °С. В качестве теплоносителя может использоваться воздух из помещения цеха, азот, осушенные воздух или азот, движущиеся противотоком поступающему грануляту.

Шахтная сушилка для осушки гранулята воздухом из помещения. Вертикальная сушилка оснащена медленно вращающейся мешалкой с лопастями для равномерного распределения гранулята по сечению сушилки, предотвращая его спекание при достижении температур стеклования и кристаллизации, прилипание к стенкам сушилки и образование «мертвых» зон (рис. 12).

Сушка производится горячим воздухом, подаваемым противотоком движению гранулята. Воздух через матерчатый фильтр захватывается из помещения цеха воздуходувкой, нагревается электронагревателем до заданной температуры и подается в нижнюю часть сушилки.

Шахтная сушилка

Рис. 12. Шахтная сушилка: 1 − «рубашка» верхней части сушилки; 2 − «рубашка» нижней части; 3 − электродвигатель; 4 – редуктор; 5 − мешалка; 6 − муфта; 7 − опора; 8 – изоляция

Температура воздуха на входе в сушилку регулируется. При превышении температуры воздуха в нагревателе срабатывает система защиты, и электрообогрев автоматически отключается. Расход воздуха устанавливается в зависимости от производительности сушилки и контролируется с помощью жидкостного расходомера. Температура воздуха на выходе из сушилки контролируется. Отработанный воздух выходит из верхней части сушилки, очищается в циклоне от пыли и выбрасывается в атмосферу.

Кристаллизатор. Установлено, что процесс кристаллизации исходного аморфного гранулята ПЭТ перед сушкой для исключения слипания гранул при нагреве их выше температуры стеклования необходим. Равномерность кристаллизации и сушки является необходимым компонентом стабильности формования.

кристаллизатор «кипящего» слоя

Рис. 13. Схема кристаллизатора «кипящего» слоя

Кристаллизатор или располагается отдельно, что предпочтительнее, или совмещается с верхней частью сушилки. В таких процессах сушки и кристаллизации используется принцип псевдоожижения.

Кристаллизация проводится в вертикальных или горизонтальных аппаратах в процессе обработки нагретым до 160−180 °С циркулирующим технологическим газом (воздухом или азотом) путем создания псевдоожиженного («кипящего») слоя гранулята (рис. 13). Псевдоожиженный слой препятствует агломерации частиц полимера путем перемешивания уже закристаллизованных гранул с загружаемыми новыми, имеющими тенденцию к слипанию. Одновременно происходит испарение поверхностной влаги и обеспыливание гранулята.

Гранулы полимера подаются в кристаллизатор через газонепроницаемый роторный клапан. Теплопередача улучшается пульсациями воздуха. Для этого попеременно открываются и закрываются два параллельных приточных (обдувочных) канала. Интенсивный теплообмен между газом и слоем гранулята минимизирует время процесса. Гранулят из кристаллизатора постепенно ссыпается через перелив в подключенную последовательно шахтную сушилку, если процесс непрерывный и сопряженный, или поступает в бункер.

Выходящий из кристаллизатора влажный технологический газ очищается от пыли в циклоне, далее газодувкой подается в нагреватель и вновь поступает в кристаллизатор. В случае превышения давления технологического газа в контуре часть его выбрасывается в атмосферу (из циклона).

Шахтная сушилка с системой циркуляции осушителя. Гранулят подвергается сушке до конечного содержания влаги 0,005 % горячим воздухом, который подается в нижнюю часть сушилки через впускное сопло, равномерно поднимается вверх и выходит из сушилки. Температура воздуха на входе устанавливается регулятором. Сушилка полностью заполнена гранулятом. Время нахождения гранулята в сушилке составляет 3−4 ч и зависит от производительности линии формования. На выходе сушилка оснащена конусом, который создает однородный поток гранулята и обеспечивает равномерное поступление гранулята в экструдер. После сушилки воздух очищается от пыли в фильтре, проходит влагоотделитель, нагреватель и снова подается в шахтную сушилку.

При последовательной работе кристаллизатора и сушилки система циркуляции технологического газа может быть совмещенной. Осушающий воздух из сушилки поступает в кристаллизатор, затем после очистки и подогрева снова подается в сушилку. Параметры воздуха на каждой стадии подбираются так, чтобы обеспечить заданную остаточную влажность гранулята.

Осушка воздуха. При использовании в качестве сушильного агента осушенного воздуха схема дополняется осушителями для воздуха. Выходящий из сушилки воздух не выбрасывается в атмосферу, а поступает на осушку.

Установка осушки воздуха состоит из двух колонн, заполненных сорбентом. Колонны соединены параллельно трубопроводом, что обеспечивает одновременное проведение процесса осушки воздуха в одной колонне и регенерацию адсорбционного материала высушенным воздухом во второй колонне. Осушенный воздух выходит через выпускной клапан вверху колонны и через нагреватель подается по трубопроводу в нижнюю часть сушилки гранулята. Увлажненный воздух поступает в абсорбционную колонну, где влага поглощается адсорбентом. Осушенный таким образом воздух вновь подается в сушилку и так до насыщения адсорбента. Когда адсорбент насыщается влагой, происходит переключение процесса осушки на вторую колонну с сухим адсорбентом, а в первой с помощью системы нагрева происходит регенерация (осушка) адсорбента (рис. 14). Цикл осушки/регенерации составляет около 3 ч, переключение колонн осуществляется по времени работы. Для процессов ВСФ, переработки высоковязких полиэфиров необходимо использование воздуха высокой степени осушки. Степень осушки воздуха характеризуется точкой росы, которая зависит от содержания влаги в воздухе. Чем ниже влажность осушающего воздуха, тем ниже точка росы, и, следовательно, быстрее проходит процесс сушки полимера.

Критический уровень точки росы, при котором качество воздуха уже не соответствует требованиям эффективной сушки,

установка осушки воздуха

Рис. 14. Схема установки осушки воздуха: 1 – осушитель; 2 − нагреватели; 3 − запорный вентиль; 4 − охладитель; 5 − фильтры; 6 − воздуходувки; 7 − абсорбционные колонны; 8 − разделительные тарелки

находится на отметке ‒15 – ‒18 °С. В энергосберегающих осушителях фирмы КОСН обеспечивается работа с учетом фактической влажности воздуха. По достижении точки росы –30 °С осуществляется переключение на другую колонну, а предыдущая колонна регенерируется. Продолжительность работы на одном блоке зависит от влажности исходного полимера. Конструкция разделительной тарелки обеспечивает возможность такой работы (см. рис. 14, поз. 8).

3. Подготовка к формованию поликапроамида

Низкомолекулярные соединения и мономер (капролактам) являются нежелательными примесями в полимере. В зоне формования капролактам интенсивно испаряется, что ухудшает условия труда, при выделении НМС на нитепроводящей гарнитуре затрудняется последующая переработка нити. Выделяющиеся при формовании пары воды вызывают повышенный обрыв волокон. Содержание НМС в полимере не должно превышать 0,5 % (массовых), содержание воды − 0,04−0,08 % (массовых).

Перед гранулятной стадией формования производится экстракция НМС и сушка гранулята полиамида. При прямом формовании из расплава для удаления мономера и НМС используются демономеризаторы. Расплав полимера из таких аппаратов содержит 2,8−3 % НМС, 0,1−0,2 % влаги. Оборудование этих стадий описано в гл. 2.

При получении технических нитей с целью повышения характеристической вязкости ПА 6 до 3,45 дл/г и выше также используются процессы жидкофазной или твердофазной дополиконденсации. Чаще всего процесс ведут в реакторах под вакуумом с удалением выделяющихся НМС и повторным использованием отогнанных продуктов после концентрирования в процессе синтеза.

4. Системы фильтрования расплавов полимеров

Неоднократное фильтрование сырья, промежуточных и конечных продуктов в процессе синтеза и переработки полимера является необходимым приемом, позволяющим обеспечить чистоту и гомогенность расплава и стабильность процесса формования. Твердые посторонние частицы оказывают отрицательное влияние на процесс формования, вызывая засор фильер, обрыв нитей, ухудшение их физико-механических свойств, особенно разрывной нагрузки.

Природа и источники появления загрязнений в расплавах разнообразны. Это механические примеси, внесенные в полимер на различных стадиях процесса: агрегированные частицы катализатора, матирующего агента, частицы продуктов коррозии, разложения и эрозии элементов аппаратуры, коммуникаций, уплотнений. Такие загрязнения сравнительно легко удаляются при фильтровании. Это могут быть внутренние примеси одной природы с полимером, например высококристаллические частицы пыли, сгустки нерасплавившегося полимера (гель-частицы), которые в небольших количествах всегда присутствуют в расплаве. Причиной их происхождения могут быть пристеночные слои полимера в коммуникациях и аппаратах. Отделение гельчастиц более сложно, так как они могут проскальзывать через поры фильтровального материала.

Перед машинами формования обычно устанавливается центральный фильтр. При прямом формовании часто используются свечные фильтры со сменой фильтра без прерывания подачи расплава. Степень фильтрации здесь составляет порядка 20 мкм с тенденцией к обеспечению глубины фильтрации в 15 мкм. При формовании из гранулята, чтобы продлить срок службы прядильного комплекта, рекомендуется фильтрация расплава перед его поступлением в прядильную балку до 10 мкм, а для микрофиламентов − до 3−5 мкм.

Использование центральных свечных фильтров увеличивает время нахождения полимера в расплавленном состоянии. Их применение целесообразно при высокой производительности или при технологической необходимости, например при крашении в массе, переработке полимерных отходов и т.п. Весьма актуальна проблема фильтрации при ВСФ.

Ниже рассматривается предложение фирмы Gneuβ Kunstofftechnik GmbH (Германия) для непрерывного процесса фильтрования расплава (прил. 7).

Схема фильтра RSF-genius

Рис. 42. Схема фильтра RSF-genius

Фильтр RSF-genius, так называемый фильтр обратной промывки, работает с постоянным давлением при полной автоматизации и непрерывности процесса (рис. 42). Фильтрование полимеров происходит в течение короткого времени (в 5000 раз быстрее, чем свечными фильтрами). Обеспечивается тонкость фильтрования от 100 до 3 мкм.

В фильтрах данного типа ситовый диск с нанесенными на него кольцеобразными углублениями для размещения нескольких круглых сетчатых фильтр-элементов расположен между двумя блоками фильтра (рис. 43). Фильтр-элемент представляет собой комплект из пяти сеток – основная фильтрующая сетка с определенным размером ячеек защищена от механических повреждений четырьмя другими проволочными сетками. Все пять сеток скрепляются вместе по специальной технологии, при этом образуется герметичное уплотнение, что исключает утечку расплава. При повышении давления перед фильтром ситовый диск поворачивается (с шагом менее 1°), в рабочую зону фильтра попадает часть чистого сита, тем самым достигается постоянство находящейся в работе незагрязненной площади сита и неизменность нагрузки от осевших на сетке загрязнений.

Схема фильтрующего ситового диска RSF-фильтра и его очистки

Рис. 43. Схема фильтрующего ситового диска RSF-фильтра и его очистки

Перед тем как загрязненное сито вновь попадет в рабочую зону, происходит его автоматическая очистка с помощью запатентованной системы обратного впрыскивания. Отфильтрованный расплав поступает в канал с поршнем обратного впрыскивания и под высоким давлением с определенным тактом «выстреливается» сквозь загрязненную часть сетки наружу. При этом количество используемого для промывки полимера в среднем составляет от 0,02 % до 0,5 % от общей производительности фильтра. В целях достижения оптимальной чистоты сетки давление впрыска расплава регулируется и всегда выше рабочего давления в фильтре. Достигается 100 %-ная очистка даже при очень мелком размере ячеек сита (до 3 мкм).

Отклонение от заданного давления не превышает ± 0,2 МПа. Степень загрязнения и активная площадь чистой сетки, находящейся в работе, также остаются относительно постоянными. Эта технология обеспечивает незначительные потери полимера и многократное использование фильтр-элементов. Частота использования зависит от загрузки и достигает порой 150−300 раз.

Удаление этих элементов (при невозможности их очистки) и замена новыми происходит при открытой заслонке вручную. Новые сетки попадают в канал с расплавом. При этом система обратной очистки полностью вытесняет воздух и заполняет чистым расплавом сетки и углубления на ситовом диске. Процесс производства и переработки полимера при этом не нарушается. Благодаря блочной конструкции фильтра возможна замена деталей (спирали, втулки, уплотнительных колец) во время его работы.

Фильтры типа RSF-genius универсальны в применении. Могут быть использованы при фильтрации мономеров, полимеров, при переработке отходов (рециклинге), а также в производстве эластичных нитей «спандекс», тонких волокон и пленок. При этом не имеется ограничений по вязкости, давлению фильтруемой среды, размеру загрязнений. Автоматические фильтровальные системы RSF-genius монтируются на расплавопроводе или на выходе из экструдера.

Все это обеспечивает экономическую эффективность таких фильтров, несмотря на значительно более высокую их стоимость. Фирма Kreyenborg GmbH (Германия) изготавливает центральные фильтры расплава разных моделей мощностью от 5 до 30 000 кг/ч с устройствами автоматической смены фильтров, а также с обратной промывкой сита. Такие фильтры могут использоваться для фильтрации расплава между реакторами поликонденсации, после конечного реактора перед гранулятором, после экструдера перед формовочной балкой и т.п.

Ниже приведено описание фильтра типа K-SWE-300-4К-75. Фильтр состоит из корпуса, двух ситовых блоков и двух гидроцилиндров. В каждом блоке размещены два сита круглой или эллиптической формы, состоящие из набора элементов (рис. 44).

Сито фильтра состоит из перфорированной опорной плиты с одной выпуклой стороной и накладываемых на него трехчетырех сеток разной тонкости: первая и последняя опорные сетки – грубые, вторая – средней плотности, третья – фильтрующая с определенным размером ячеек (в зависимости от требуемой тонкости фильтрации). Общая толщина набора сеток не более 3 мм. Дополнительным элементом может служить «суперплита», устанавливаемая на опорную плиту и предназначенная для увеличения фильтрующей поверхности сита. Она представляет собой перфорированную пластину с размещенными на ее поверхности ромбовидными прутками, расположенными перпендикулярно продольной оси ситового блока.

В процессе работы поток расплава делится в корпусе фильтра на два потока, и по двум каналам каждый поток проходит через сита.

Фильтр фирмы Kreyenborg

Рис. 44. Фильтр фирмы Kreyenborg: а – рабочее состояние; б – набор фильтрующих элементов сита; в – общий вид фильтра

В процессе работы оба блока фильтра находятся в рабочем положении. О необходимости замены сит сигнализирует повышение давления расплава между экструдером и фильтром (ΔР не более 10 мПа). Блок сита автоматически выдвигается гидроцилиндром фильтра в положение замены (рис. 45, а). В работе всегда остается 75 % общей фильтрующей площади сит.

Осуществляется замена всех четырех сит по очереди. Параметры фильтра: пропускная способность – 6000−12 000 кг/ч; диаметр сеток – 270 мм; площадь фильтрации – 4×572 см2; размеры корпуса – 580×850 мм. Разработаны аналогичные фильтры моделей K-SWE-300-4К/RS и K-SWE-300-4К-75/RS с использованием приема промывки фильтрующего сита обратным потоком расплава (рис. 45, б).

Компания Seebach (Россия) создала новый тип фильтрационных систем, удовлетворяющих высоким требованиям по чистоте фильтрования, размерам и конструкциям фильтров, применяемых в полимерной промышленности. Фильтрационная система «Янус» представляет собой модульные блоки, наращиваемые из отдельных компонентов. Корпус такой системы может быть установлен вертикально или горизонтально. Замена фильтр-элементов происходит быстро и легко с помощью специальных инструментов. В системе могут использоваться фильтр-элементы как типа «свеча», так и типа «диск». Тонкость фильтрования от 2 до 40 мкм.

Фильтры термически не деформируются и легко регенерируются, характеризуются минимальным перепадом давлений. Фильтр-элементы и фильтр-патроны изготавливаются из нержавеющей стали (рис. 46), характеризуются плиссированной или гладкой цилиндрической формой с высокой способностью накопления загрязнений, совместимы со многими фильтрами других производителей. Фильтр-патроны рекомендованы для установки непосредственно в блоки фильтров. Допустимый перепад давления в фильтрах – 36 МПа.

Принцип замены и промывки сита обратным потоком расплава

Рис. 45. Принцип замены и промывки сита обратным потоком расплава:

а – последовательность замены фильтрующих сит фильтра; б – промывка сита

Материал фильтр-элементов:

Фильтр-элементы и фильтр-патроны компании Seebach

Рис. 46. Фильтр-элементы и фильтр-патроны компании Seebach

  • «свеча» (металлическое волокно → ламинированная сетка → металлическая сетка → сетчатая трубка с клинообразными зазорами);
  • «диск» (металлическое волокно → ламинированная сетка → металлическая сетка).

Металлическое волокно – коррозионно-стойкий материал, применяемый для глубокого фильтрования. Укладывается в несколько слоев, консолидируется путем термической обработки. Металлическая сетка выполняется «квадратным» или

«голландским» плетением. При «квадратном» плетении основной и вспомогательный слои создаются из проволоки одинаковой толщины, а при «голландском» – из проволок разной толщины, образующих треугольные открытые области. Выбор между двумя типами сеток зависит от параметров процесса: тонкости фильтрования, давления, уровня загрязненности расплава и т.д. Ламинированная сетка получается путем термической обработки 2−5 слоев нержавеющих сеток.

Некоторые чувствительные полимеры требуют специального типа фильтр-элементов и (или) их специального внутреннего строения (рис. 47).

Оснащенные гидравлически сбалансированным пучком свеч площадью до 100 м2, в которых установлены свечные фильтровальные элементы типа MicronexR, фильтры фирмы Maag Pump SystemTextron AG (Германия) предназначены для отфильтровывания мягких гелеобразных частиц из потока расплава.

Специальные фильтр-элементы компании Seebach

Рис. 47. Специальные фильтрэлементы компании Seebach

Системы имеют большую площадь фильтрования для того, чтобы увеличить до нескольких недель период работы фильтра. Однако это неизбежно связано с продолжительным временем пребывания расплава в фильтрах большой площади. Для двухреакторного процесса получения ПЭТ, разработанного фирмой Uhde Inventa Fischer, в котором высоковязкий ПЭТ можно получать без твердофазной дополиконденсации, потребовался и новый фильтр. Характерной особенностью процесса является необходимость значительного снижения времени пребывания расплава на участке от реактора до гранулята. Это требование невозможно было обеспечить с помощью обычных фильтров расплава.

Инженеры фирмы Мааg разработали по заказу фирмы Uhde Inventa Fischer реологически оптимальную интеграцию трубной решетки и специального свечного оборудования поршневой геометрии, что обеспечило активную площадь системы фильтрования 0,1−50,0 м2 для линий по производству ПЭТ производительностью 1000 т/сут. Замену таких фильтров может выполнять один работник в течение 15 мин (на один поршень), в зависимости от размера фильтра достаточно иметь ручной кран грузоподъемностью 500−1000 кг.

Выбор площади свечных фильтров осуществляется в соответствии с требованиями производства. Если емкостной фильтр площадью в 60 м2 заменяется на фильтр фирмы Мааg площадью 30 м2, то время нахождения в работе до смены также сократится наполовину. Максимальное избыточное давление расплава может составлять 35−50 МПа. В зависимости от пропускной способности и размера фильтра время пребывания полимера в фильтре составляет менее 30 с.

5. Устройство систем пневмотранспорта

В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности широко используется пневмотранспорт, причем не только для перемещения материалов, но и как составная часть технологических установок для осуществления химических, тепловых, массообменных процессов в системах газ − твердое тело.

Пневмотранспортные установки (ПТУ, пневмотранспорт) периодического или непрерывного действия представляют собой комплекс устройств, обеспечивающих перемещение сыпучих материалов (пылевидных, порошкообразных, гранулированных, измельченных и т.д.) под действием транспортирующего газа. Преимущества пневмотранспорта − простота, высокая производительность и надежность, отсутствие потерь продуктов, возможность полной автоматизации и использования в ограниченных и неудобных пространствах, отсутствие запыленности в местах применения, легкость монтажа и обслуживания.

Движение материалов в системах пневмотранспорта основано на эффекте псевдоожижения. При пропускании воздушного потока через слой сыпучего материала уменьшается его насыпная масса, и частицы приходят в хаотическое движение. Когда скорость воздушного потока достигает критического значения (так называемой скорости витания, Vв), сыпучий материал переходит в псевдоожиженное состояние и может транспортироваться по трубам. Скорость начала псевдоожижения зависит от размеров частиц, их плотности, плотности и вязкости газа и др. Условием функционирования пневмотранспорта является всасывающее усилие или сила напора воздуха (рис. 48). Движение воздуха обеспечивается разностью давлений между началом и концом трубы. Смесь твердых частиц с газом называется аэросмесью.

Известны формулы для определения ряда параметров пневмотранспорта. Скорость витания (Vв) можно определить из зависимости

где Reв – число Рейнольдса для скорости витания; υ – кинематическая вязкость воздуха; d – средний диаметр частицы.

Загрузка газового потока транспортируемым материалом характеризуется величиной коэффициента взвеси (m):

где Gт – расход твердого материала; Gг – расход газовой фазы.

Принцип транспортирования твердого материала

Рис. 48. Принцип транспортирования твердого материала

С другой стороны, величина коэффициента m определяется соотношением

где σ – объемная концентрация транспортируемого материала; ρ – плотность твердого материала; ρв – плотность потока воздуха.

В свою очередь,

где ρk – кажущаяся плотность транспортируемого материала. Для определения объемной концентрации используют выражение

где Ar – критерий Архимеда; V – скорость воздушного потока в трубе; Vв – скорость витания; σ0 – начальная объемная концентрация:

где ρн – насыпная масса материала. Массовый расход воздуха равен

где ρв – плотность воздуха; D – диаметр трубопровода; V – скорость воздушного потока в трубе диаметром D.

Упрощенно пневмотранспорт состоит из вентилятора, трубопровода, источника поступления продукта, циклона-разгрузителя, отделяющего продукт от воздуха. Вентилятор может быть использован как вытяжной, так и приточный.

В технологии химических волокон наиболее распространенный транспортирующий агент − воздух, но по технологическим соображениям может использоваться, например, азот − для транспортирования пожаро-, взрывоопасных и нестойких к действию кислорода материалов. Часто используются осушенные воздух или азот для предупреждения увлажнения гранулята. Скорость перемещения материала зависит от размера и плотности частиц, концентрации твердой фазы, плотности, вязкости и скорости газа. Скорость транспортирования пылевидных материалов низкой концентрации может приближаться к скорости движения газа. При перемещении в плотном слое скорость транспортирования обычно не превышает 4−6 м/с.

Основной элемент пневмотранспорта – трубопровод, который может быть прямым или составленным из колен, располагаться горизонтально, вертикально и наклонно (рис. 49). Обычно выполняется из стальных бесшовных труб диаметром от 60 до 800 мм с приваренными фланцами. Толщина стенок труб составляет от 1 до 10 мм в зависимости от абразивного действия перемещаемого материала и давления в трубопроводе. Могут использоваться оцинкованные или нержавеющие трубы, фитинги и хомуты. Выпускаются модульные системы, что позволяет собирать системы пневмотранспорта любой сложности за минимальное время. Из узлов системы, кроме трубопроводов, следует выделить распределители и переключатели потока, перекидные и воздушные клапаны, питатели, шлюзовые затворы (дозаторы).

Конструкции ПТУ различаются в зависимости от вида перемещаемых объектов и типа воздействия транспортирующего газа. Наиболее распространены установки для перемещения сыпучих материалов, в которых используется прямое или косвенное воздействие газа. В первом случае транспортирование материалов в трубопроводах и аппаратах осуществляют в потоке газа за счет перепада давления последнего. Во втором случае транспортируемый материал перемещается в псевдоожиженном состоянии под действием силы тяжести. Сочетание прямого и косвенного воздействия транспортирующего газа на материал используют при пневмотранспортировании в плотном слое (когда сыпучая масса с высокой концентрацией твердой фазы перемещается в виде «пористого поршня»).

Элементы трубопроводов

Рис. 49. Элементы трубопроводов (а-д)

Для первого случая используются установки всасывающие, нагнетательные и комбинированные, а во втором случае – аэрационные и аэротранспортные.

По плотности фазы установки делятся на системы с транспортировкой в плотной фазе, разреженной фазе и плотной импульсной фазе.

В аэрационной и аэротранспортной установках материал перемещается в псевдоожиженном состоянии при высокой концентрации, например в сушилках и кристаллизаторах с псевдоожиженным слоем. Состояние псевдоожижения достигается подачей газа под перфорированную газораспределительную решетку. Во всасывающих установках (рис. 50, а) побудитель расхода газа (вентилятор или вакуум-насос) на конце трубы создает вакуум, вследствие чего возникает газовый поток. Дисперсный материал захватывается потоком газа в заборный патрубок, перемещается по системе трубопроводов и выделяется из газа в осадителе (бункере или аппарате). Газ очищается от пыли и сбрасывается в атмосферу. Материал выгружается через шлюзовый затвор. В системе используется вакуум 40−90 кПа.

Пневмотранспортные установки

Рис. 50. Пневмотранспортные установки: а – всасывающая; б – нагнетательная; в – комбинированная; 1 – воздуходувка; 2 – трубопровод; 3 – питатель; 4 – дозирующий шлюз; 5 – циклон-осадитель; 6 – заборное устройство на гибком рукаве

Всасывающие ПТУ используются, например, при разгрузке полимеровозов, доставляющих гранулят на производство. Гранулят выгружается в бункеры хранения, установленные в складе или непосредственно в цехе.

Нагнетательные установки (рис. 50, б) могут работать при низком (0,15−0,20 МПа), среднем (0,2−0,3 МПа) и высоком (0,3−0,4 МПа) избыточном давлении. Сжатый газ, подаваемый компрессором, может переносить материал при высокой концентрации на большие расстояния. В нагнетательных установках высокого давления используется и ресивер, который предназначен для накапливания газа с целью сглаживания колебаний давления, а также для охлаждения газа и отделения капель масла и влаги. К ресиверу может быть подключено несколько трубопроводов, когда материал из одного пункта перемещается в несколько приемных пунктов.

Нагнетательные ПТУ применяются, например, для перемещения гранулята через шлюзовый дозатор из бункера в бункер, вспомогательное устройство (вибросито, сепаратор), технологический аппарат (кристаллизатор, сушилку).

Во всасывающе-нагнетательных установках (рис. 50, в) используются заборные устройства всасывающего типа, работающие без пылевыделения, а в трубопроводе материал переносится под давлением при довольно высоких концентрациях. В небольших установках обе ветви (всасывающая и нагнетающая) могут работать от одного вентилятора. При диаметре трубопроводов от 10 до 800 мм производительность оборудования может составлять от нескольких килограммов в час до 1000 т/ч (для перевалки большого количества груза, например полимера из судна).

Выбор типа воздуходувной машины зависит от количества транспортирующего газа и требуемого по гидравлическому расчету давления:

  • для всасывающих установок с низким вакуумом целесообразно применять центробежные вентиляторы, со средним вакуумом – воздуходувки, с высоким – водокольцевые вакуумнасосы;
  • для нагнетающих установок низкого давления следует устанавливать центробежные вентиляторы или воздуходувки,для установок среднего давления – воздуходувки или вакуумнасосы, для установок высокого давления – компрессоры.

Сыпучий материал подается с помощью питателей различных конструкций, обеспечивающих герметичность ввода материала.

Применяющиеся ПТУ по характеру процесса транспортирования разделяются на машины цикличного и непрерывного действия. К пневмотранспортирующим устройствам цикличного действия относятся устройства, имеющие в загрузочной части шлюзовые камеры, которые обеспечивают порционную подачу сыпучего материала в транспортный трубопровод. ПТУ непрерывного действия снабжены питающими устройствами барабанного, шнекового и эжекторного типов.

Пневмотранспортные установки закрытого типа, в которых воздух из циклонов, приемных устройств не выбрасывается в атмосферу, а подается на вход компрессора, используют в случае создания инертной среды, при необходимости защиты материала от загрязнений и влаги.

Производительность пневмотранспортных систем зависит от расстояния транспортирования, что объясняется потерями давления в трубопроводах за счет трения перемещаемой массы о стенки трубы.

Высокоскоростные ПТУ (рис. 51) со скоростью транспортирования 10−50 м/с предназначены для перемещения всех сыпучих материалов с размером частиц от 0 до 40 мм, давлением воздуха –0,05−0,1 МПа на расстояния до 300 м с производительностью до 60 т/ч.

Фирмой Buhler (Германия) запатентован специально разработанный для перемещения сложных, склонных к агрегации и оседанию на стенках продуктов, таких как двуокись титана, сажа, пигменты, способ Fluid-Flex.

Транспортирование осуществляется воздухом с избыточным давлением 0,05−0,1 МПа, со скоростью 8−30 м/с на расстояния не более 200 м (рис. 52).

Высокоскоростная подача материала пневмотранспортом

Рис. 51. Высокоскоростная подача материала пневмотранспортом: а – продольный разрез; б – поперечный разрез

Транспортирование материала способом Fluid-Flex

Рис. 52. Транспортирование материала способом Fluid-Flex а – продольный разрез; б – поперечный разрез

Высоконапорное импульсное пневмотранспортирование осуществляется в установках пульсирующего действия, в которых транспортируемый материал с высокой концентрацией перемещается импульсами в виде пробок с промежутками, заполненными сжатым воздухом (тактовая подача). В этом случае можно транспортировать материалы с плохой текучестью, склонные к налипанию на стенки трубопровода (рис. 53). Тактовая подача позволяет снизить скорость прохождения гранулята по трубам, уменьшить трение его о стенки и перегрев, минимизировать пылеобразование и таким образом сохранить качество гранулята.

Импульсное транспортирование со скоростями от 2 до 6 м/с отличается высокой экономичностью, так как при минимальном расходе воздуха достигается высокая производительность. Избыточное давление воздуха составляет 0,05−0,6 МПа, производительность до 50 т/ч, расстояние, на которое возможно перемещение материала, – до 1000 м. Размер частиц перемещаемого материала от 0,5 до 10 мм. Например, тактовую подачу используют при транспортировании гранулята из бункера хранения в суточную емкость, расположенную над сушилкой или кристаллизатором (рис. 54).

Из приемной емкости 1 гранулят ПЭТ самотеком поступает на вибросито 2, где происходит отделение непрорезов, механических примесей и мелких фракций гранулята. Очищенный гранулят через шлюзовый дозатор 3 самотеком подается в сепаратор 4, где происходит окончательная очистка гранулята от пыли потоком воздуха, создаваемого воздуходувкой 6. Воздух, выходящий из сепаратора, отделяется от пыли в циклоне 13, очищается в рукавном фильтре 12 и выбрасывается через воздушку 7.

Тактовая подача материала в системе пневмотранспорта

Рис. 53. Тактовая подача материала в системе пневмотранспорта: а – продольный разрез; б – поперечный разрез

пневмотранспорт системы хранения гранулята

Рис. 54. Схема пневмотранспорта системы хранения гранулята

Очищенный гранулят ПЭТ из сепаратора поступает в приемную емкость 5, затем в тактовую емкость 8 системы тактовой подачи и далее посредством воздуходувки 6 транспортируется в суточную емкость 9. При срабатывании датчика верхнего уровня в емкости 9 автоматически отключается тактовая установка. Процесс очистки продолжается до тех пор, пока гранулят не достигнет верхнего уровня в емкости 8.

Может быть предусмотрена байпасная линия подачи гранулята из емкости 1 непосредственно в приемную емкость 5, которая используется при выходе из строя системы очистки и обеспыливания гранулята. Воздух, выходящий из суточной емкости 9, очищается от пыли в рукавном фильтре 12 и выбрасывается в атмосферу. По окончании транспортировки гранулята линия продувается воздухом.

Секторный дозатор гранулята

Рис. 55. Секторный дозатор гранулята

Питающим устройством является секторный дозирующий шлюз (рис. 55). Дозируемый материал из бункера через загрузочный патрубок 3 поочередно заполняет отсеки ротора 2, вращающегося в корпусе 1 и после поворота его на определенный угол выгружается из отсека под действием собственной силы тяжести.

Принцип работы тактовой емкости системы пневмотранспортирования гранулята. Тактовая подача гранулята осуществляется по программе, состоящей из трех тактов:

  • 1-й – наполнение гранулятом тактовой емкости;
  • 2-й – создание давления в тактовой емкости;
  • 3-й – подача гранулята из тактовой емкости в транспортный трубопровод.

Тактовые емкости снабжены вертикальными штоками 10 (см. рис. 54) с запорными конусами 14 на конце. Шток имеет пневмопривод 11 и движется вверх или вниз, а запорный конус открывает или закрывает соответственно разгрузочное отверстие тактовой емкости. Заполнение тактовой емкости происходит до срабатывания сигнализации верхнего уровня наполнения. После окончания заполнения открывается клапан подачи воздуха в тактовую емкость для создания постоянного давления 0,2 МПа на период выгрузки гранулята; начинает работу пульсирующий клапан подачи воздуха на шток, который делит гранулят на равные порции за счет возвратно-поступательных движений, периодически открывая и перекрывая подачу гранулята из тактовой емкости. Давление воздуха в трубопроводах тактовой подачи регулируется за счет изменения длины хода штока (степени открытия разгрузочного отверстия тактовой емкости).

Гранулят посредством тактовой подачи транспортируется в суточную емкость.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *