Владимир Турчанинов - Технология кровельных и гидроизоляционных материалов Страница 5

4 Основы технологии ГИМ

Технология – наука о процессах и способах производства. Химическая технология – наука о методах и процессах химической переработки сырья в продукты, материалы и изделия.

При большом разнообразии технологии ГИМ можно выделить ряд типичных процессов и переделов общих для многих технологий. К ним относятся: подготовительные работы, перемешивание отдозированных компонентов, формование смеси и ее уплотнение, специальная обработка материалов и изделий.

4.1 Подготовительные работы

Цель подготовительных работ – придание сырью технологичного состояния, удобного для прохождения его по всей последовательности технологических операций. В них входят: дробление, помол, распушка и другие способы диспергирования сырья; фракционирование и очистка поверхности частиц; обогащение, т.е. повышение однородности сырья по массе и по качественным показателям. Эти операции зачастую совмещаются с физико-химической обработкой с целью повышения активности поверхности частиц или изменения ее полярности, поверхностного натяжения и др. К подготовительным операциям относятся также нагревание компонентов, высушивание и увлажнение.

4.2 Перемешивание

Перемешивание отдельных сырьевых компонентов и всей смеси – основная технологическая операция. При перемешивании наблюдаются процессы смачивания, растворения, набухания, формирования гетерогенных многофазных систем.

В производстве кровельно-гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, особенно с использованием полимеров, выбор типа смесителя определяет качество перемешивания, структуру (на микро- и макроуровне) готовой продукции.

Наиболее распространено механическое перемешивание в роторных смесителях принудительного действия.

Основой частью таких смесителей служит ротор, т.е. вращающийся вал с насаженным на нем фигурным валком. В рабочей камере смесителя расположены два валка, вращающихся навстречу друг к другу с разными скоростями. В камеру с помощью плунжера периодически подается перемешиваемая масса из отдозированных компонентов. Выгрузка перемешанной смеси осуществляется через днище, оборудованное скользящей дверцей, приводимой в действие пневмоцилиндром.

1 – загрузочная воронка; 2 – откидная дверца; 3 – пневматический цилиндр; 4 – запирающее устройство; 5 – камера смесителя; 6 – фигурные смесительные роторы; 7 – фундаментная чугунная плита; 8 – скользящая дверца разгрузочного устройства; 9 – пневматический цилиндр для перемещения нижнего затвора

Рисунок 12 – Роторный смеситель

Наряду с роторными используются смесители других конструкций как периодического, так и непрерывного действия: барабанные – стальные цилиндры, вращающие на цапфах; лопастные – имеют два лопастных вала, вращающихся навстречу друг к другу с разной скоростью и перемешивающие смесь в горизонтально либо вертикально расположенном корпусе; валковые – со смешением на вальцах, вращающихся навстречу друг другу при некотором зазоре между ними; червячные – типа шнеков; гравитационные – со свободным перемешиванием при падении смеси под действием силы тяжести.

Смесители СМБ. Имеют два вала, оборудованные Z-образными лопастями и расположенными в корпусе, состоящем из двух полуцилиндров. Привод от электродвигателя осуществляется на один из роторов, а на второй передается через шестереночную пару, расположенную снаружи корпуса. Смесь пластифицируется при прохождении ее через узкий зазор между корпусом и поверхностью ротора.

Рисунок 13 – Схема смесителя СМБ

Для выгрузки готовой смеси корпус посредством винтового механизма поворачивается вокруг оси приводного вала ротора на угол от 120° до 130°.

Некоторые смесители СМБ разгружаются посредством шнека, расположенного в нижней части корпуса. Рабочий объем смесителей: 100, 200, 400, 600 дм3.

Резиносмеситель (РС). Перемешивание осуществляется двумя роторами. У смесителя вместо крышки корпуса сверху располагается поршень с пневматическим приводом. В закрытом положении поршень увеличивает поверхность пластификации и качество ее. Возрастает производительность смесителя. Смесь выгружается через низ рабочей камеры, днище которой состоит из двух створок, открывающихся при помощи гидропривода. Рабочий объем смесителей 72, 250 и 600 дм3.

Шнековые смесители. Представляют собой корпус, в котором размещены два вала с насаженными на них кулачками. Кулачки обоих роторов по длине имеют различную форму двоякой кривизны или треугольную с выгнутыми наружу поверхностями. Корпус имеет паровую рубашку, штуцера для подачи компонентов. Роторы вращаются синхронно в одну сторону; вращение передается от электродвигателя и редуктора через систему шестерен. Мощность привода смесителя СН-800 – 180 кВт при числе оборотов n=80 мин-1. Производительность смесителя – от 1,5до 2,0 т/ч. Работают по принципу непрерывного процесса.

Недостатки:

1) высокая стоимость;

2) небольшая загрузка перемешиваемой массы;

3) способность возвращать массу с последующих участков на предыдущие;

4) большая масса смесителя.

Смесительные вальцы. Используется для приготовления резиновых смесей и пластмасс. По эффективности уступают другим конструкциям смесителей, но вследствие простоты конструкции, обслуживания и низкой стоимости имеют широкое применение. Конструктивно представляют собой два массивных полых вала, установленных на станине. Один валок смонтирован в неподвижных корпусах подшипников, другой в подвижных (могут вручную либо механическим путем перемещаться по станине в направлении перпендикулярном оси валка для регулирования зазора между валками). По центру оси валков (во внутренней полости) устанавливается труба для подачи (при необходимости) воды для охлаждения или пара для обогрева.

1 – плита станины; 2 – станина; 3 – ограничивающая стрела; 4 – траверса; 5 – привод механизма перемещения переднего валка; 6 – валки; 7 – поддон

Рисунок 14 – Схема смесительных вальцов (поперечный разрез)

Валки приводятся во вращение от одного привода через редуктор и шестереночную пару. Валок, расположенный в неподвижных подшипниках, вращается с большей скоростью, нежели валок, расположенный в подвижных подшипниках. Различие в скорости вращения валков определяется коэффициентом фрикции – отношением большей скорости вращения к меньшей. Значение коэффициента фрикции – от 1,05 до 1,25.

Вальцы могут работать как по периодическому, так и непрерывному принципу действия.

Периодический процесс работы: на предварительно нагретые валки загружаются исходные компоненты раздельно в определенной последовательности и соотношении. Загруженный материал затягивается в зазор между валками, подвергаясь при этом сжатию и пластификации, возникающей из-за разной скорости вращения валков.

1 – валок несущий; 2 – валок смешивающий; 3 – масса в запасе; 4 – масса на несущем валке

Рисунок 15 – Смесительные вальцы периодического действия

В первые моменты обработки материал не имеет достаточной пластичности, а на выходе из зазора между валками стремится принять первоначальную форму или разрывается на куски. Эти куски падают на поддон вальцов или транспортер и возвращаются обратно на вальцы.

Под действием нагрева от вальцов и механического сжатия материал нагревается, когезионные силы ослабевают, адгезия возрастает и он начинает налипать на валки, а затем преимущественно к более нагретому и быстро вращающемуся несущему валку. На нем впоследствии он и формируется в виде пластины, толщина которой зависит от величины зазора между валками. Загружаемый материал должен полностью покрыть весь несущий валок, а в зазоре должно остаться некоторое количества массы, которая размещается над зазором в виде валика, вращающегося при работе валков в ту же сторону, что и несущий валок.

Эффективность смешения зависит от запаса массы на валках (смотри рисунок 16).

а – малый объем запаса массы; б – средний объем запаса массы; в – большой объем запаса массы

Рисунок 16 – Кинетика движения отдельных слоев массы при работе смесительных вальцов

При малом ее запасе очень небольшое количество подвергается пластификации (только запас); при чрезмерном запасе внутренние слои ее не перемешиваются – «мертвый запас». И только при умеренном запасе наблюдается интенсивная пластификация. В этом случае верхние слои массы на несущем валке при подходе к запасу теряют скорость и меняют направление. Происходит активный сдвиг между отдельными слоями при одновременном активном перемешивании за счет различных скоростей движения отдельных слоев массы. При подходе к зазору между валками оба этих слоя захватываются валками и втягиваются в зазор. При этом происходит пластификация и интенсивное смешение, т.к. ранее контактировавшие слои подходят к зазору в разное время.