Heinz Herrmann

Schneckenmaschinen
in der

V erf ahrenstechnik

Springer-Yerlag Berlin Heidelberg
New York 1972
X. ГЕРРМАН

ШНЕКОВЫЕ
МАШИНЫ

В ТЕХНОЛОГИИ

Перевод с немецкого Л, Г, Веденяпиной

Под общей редакцией
канд. техн, наук М. Л. ФРИДМАНА

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ»

Ленинградское отделение*1975
УДК 62-13:66

Геррман X.

Шнековые машины в технологии. ФРГ, 1972.
Пер. с нем. под ред. Л. М. Фридмана. Л.,
«Химия», 1975.

Настоящая книга является первым и единственным на
сегодняшний день обобщающим описанием всех типов современ-
ных промышленных шнековых машин (дозирующие и отжимные
шнеки, шнековые смесители, пластикаторы, сушилки, реак-
торы), используемых для выполнения разнообразных технологи-
ческих задач. Кратко освещена история развития шнековых
машин. Большое внимание уделено рекомендуемым областям
применения шнековых машин. Используемые типоразмеры
и конструкции машин для удобства практического пользования
сведены в таблицы. Каждому разделу предшествует краткое
изложение теоретических основ^технологических процессов.

Книга предназначена для инженерно-технических работ-
ников химической промышленности и других отраслей народ-
ного хозяйства, где применяются (шнековые фашины.

232 стр., 150 рис., 42 табл., список литературы
355 ссылок.

Г

31402-132

050(01)-75

132-75

© Перевод на русский язык с дополнением
Издательство «Химия», 1975
Книга известного специалиста в области экструзионной техники
и технологии переработки пластических масс X. Геррмана посвя-
щена шнековым машинам во всем многообразии их применения
в различных областях химической технологии.

В последнее время ведущие научно-технические издательства
нашей страны щедро снабжали советских ученых и инженеров спе-
циальной литературой, посвященной шнековым машинам. Эта лите-
ратура освещала современное состояние экструзионной техники,
предназначенной для переработки материалов на основе высокомоле-
кулярных соединений, но не касалась шнековых дозаторов, реакто-
ров, классификаторов и других типов специальных машин, приме-
нение которых в химических производствах получило широкое рас-
пространение.

В этом плане монография X. Геррмана — первая попытка вос-
полнить пробел-в литературе по шнековым машинам.

Читатель не найдет в книге X. Геррмана фундаментального
изложения теоретических основ и методов расчета машин, однако
получит четкие ответы на ряд инженерных вопросов, имеющих боль-
шое практическое значение. К ним в первую очередь следует отнести
классификацию шнековых машин по технологическому принципу,
выбор типа шнековой машины для конструктивного оформления
тех или иных технологических схем, особенности эксплуатации
и обслуживания машин и т. п. Несомненную ценность представляют
сведения по техническим параметрам и режимам работы шнековых
машин, собранные в удобные для пользования таблицы, а также
большое количество рекомендаций и советов по ведению процессов
и эксплуатации машин.

К сожалению, книга не лишена недостатков.

Во-первых, библиография касается в основном только зару-
бежных патентных разработок. Поэтому при подготовке русского
издания был составлен список дополнительной литературы, который
содержит основные монографии и отечественные обзорные работы
по данной теме.

Во-вторых, в книге не описаны шнековые машины с гибким
рабочим органом — пружинные шнеки (винтовые пружинные кон-
вейеры). Между тем, как показывают исследования последнего вре-
мени и опыт эксплуатации, такие машины могут успешно применяться
в различных процессах химической технологии, а в дальнейшем
и1х использование, вероятно, еще более расширится. С учетом перс-
пективности развития машин с гибким (пружинным) рабочим орга-
ном, а также для полноты описания всех разновидностей шнековых
машин русское издание книги снабжено дополнением. Эта работа
выполнена кандидатами технических наук С. Н. Михайловым,
К. Д. Вачагиным и М. Л. Фридманом. В дополнении кратко изло-
жены принципы работы и основы расчета машин с одно- и двух-
пружинными шнеками, преимущества и недостатки этих систем,
важнейшие области их применения.

В-третьих, автор не всегда придерживается общепринятой тер-
минологии в отношении шнековых машин и их конструктивных
элементов. При редактировании перевода предпочтение отдавалось
терминам, принятым в нашей стране.

Незначительные сокращения текста коснулись в основном све-
дений исторического и рекламного характера, не представляющих
интереса для советского читателя.

Перевод книги выполнен инж. Л. Г. Веденяпиной.

Надеемся, что книга будет интересна и полезна специалистам,
занимающимся конструированием, исследованием и эксплуатацией
шнековых машин.

М. Л. Фридман

Г ,т а в а 1

ПРИМЕНЕНИЕ II ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ ШНЕКОВЫХ МАШИН

1.1.	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШНЕКОВЫХ МАШИН

Шнек, или винт*, — это элемент машины, с помощью которого
могут транспортироваться жидкие, высоковязкие и твердые веще-
ства. Транспортирующие («подающие») шнеки известны уже много
веков. Например, наклонно установленные винты Архимеда исполь-
зовались в римских системах водоснабжения для непрерывной по-
дачи воды на более высокие геодезические уровни [1]. Для сыпучих
материалов транспортирующие шнеки начали применяться в горном
деле, сельском хозяйстве и производствах, связанных с обработкой
камней, минералов, а также в пищевой и химической промышлен-
ностях более 100 лет назад [2].

Высокоьязкие пластичные среды уже около столетия экструди-
руют с помощью шнековых машин. В первую очередь для переработки
каучуков и термопластичных синтетических полимерных материалов
были разработаны шнековые экструдеры, в которых за счет подве-
дения тепла от внешних источников полимерные материалы перево-
дятся в пластичное состояние и затем продавливаются через фильеры
и головки, преодолевая сопротивление этих формующих инструмен-
тов [3—5]**. Для транспортировки маловязких жидкостей были
созданы двухвальные противовращающиеся самовсасывающие винто-
вые насосы с напором (противодавлением) до 20 • 106 Па (200 кгс/см2),
которые в первую очередь находят применение в судостроении и неф-
теперерабатывающей промышленности [6, 7]. С помощью двухваль-
ных противовращающихся винтовых компрессоров могут перекачи-
ваться газы с расходом до 22-103 м3/ч при максимальном противо-
давлении 1,4-106 Па (14 кгс/см2) [6].

При транспортировке подаваемый материал может подвергаться
дополнительным воздействиям, зависящим от конструктивного ис-
полнения шнеков, корпусов и типа привода машин.

В последние 100 лет разработаны шнековые машины различных
типов (в том числе со специальными конструктивными отличиями)
Для проведения процессов совмещения материалов, разделения сред
и взаимодействия веществ.

_	* В отечественной литературе кроме терминов «шнек», «винт» испельзуется

'агоке термин «червяк». — Прим. ред.

См. также [1—3) в дополнительной литературе. — Прим. ред.
При ме нение шнековых машин переросло первоначальное и широко
известное их использование для подачи сыпучих материалов, экстру-
зии пластических масс и каучуков и охватывает в настоящее время
почти все технологические процессы с участием сыпучих веществ,
пластических и упруговязких сред. Особое значение при этом имеют
технологические процессы смешения, гомогенизации, отжима, фильт-
рования, сушки, выпаривания, а также химические реакционные
процессы в вязкопластичных фазах.

Так как непрерывный режим работы вообще характерен для шнеко-
вых машин, развитие их в отдельных областях техники шло парал-
лельно с переводом рабочих процессов с периодического на непре-
рывный метод производства. Часто с помощью шнековых машин
можно проводить одновременно несколько технологических опера-
ций (например, смешение, диспергирование, дегазацию), так что
совмещением отдельных рабочих стадий может быть достигнута
значительная экономическая эффективность по сравнению с много-
стадийными (многоступенчатыми) процессами производства. В дру-
гих случаях только шнековые машины создали предпосылки для
непосредственного, «прямого» решения технических задач, выпол-
нение которых требовало привлечения «обходного» технологического
пути, связанного со значительными затратами. Это справедливо,
например, для процесса концентрирования растворов полимеров,
который до разработки специальных шнековых испарителей мог
быть проведен только с помощью побочной водопаровой дистилляции
и сопутствующих ей операций удаления растворителя и сушки твер-
дого компонента.

При современном уровне развития техники основные области
применения шнековых машин могут быть объединены в шесть техно-
логических групп: 1) транспортировка (подача) и дозирование;
2) экструзия; 3) процессы совмещения веществ (материалов); 4) про-
цессы разделения веществ (материалов); 5) процессы взаимодействия
(химического превращения) веществ; 6) теплообменные процессы.

Внутри указанных групп можно выделить по крайней мере 28 от-
дельных процессов (см. табл. 1).

1.2.	КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ *

Смешение имеет целью распределение различных веществ в общей
массе, элементарные объемы которой обладают одинаковым составом.
Вследствие постоянной смены мест частицы одного вещества должны
при этом разместиться между частицами другого вещества, причем
заданное значение концентрации в процессе перемешивания устана-
вливается все в меньшем объеме смеси. Таким образом, происходит
чистый процесс распределения. Смешение пластичных и упруговяз-
ких сред обычно связано с процессами пластикации, так как в этом

См. такаю соответствующие разделы книги [4] в дополнительной литера-
г| vi ।-. - -	. у).

случае перемешивание возможно только при приложении усилит!
сдвига н сжатия.

О диспергировании говорят только в том случае, когда один из
умешиваемых компонентов представляет собой твердое вещество
t агломерата. Процесс включает измельчение этого агломерата
ожности до частиц «первичных» размеров, смачивание по-
жидким или пластичным компонентом смеси и равномерное
еление смоченных «первичных» частиц во всем объеме жидкой
этичной фазы (среды). Таким образом, процессу распреде-
смеси предшествуют процессы измельчения и смачивания.

иельчении (разделении) сдвиговые усилия должны превос-
силы сцепления частиц в агломерате. Типичным процессом
крования является окрашивание расплавов полимеров с по-
предварительно необработанных пигментов.

гомогенизацией понимают процесс перемешивания, в котором
ют частицы размером <Д мкм. Ранее этим термином обычно
яли получение однородного вещества, которое имеет во всем
например, равномерную температуру или другие постоянные
I. Исходя из этого, в технологии пластических масс известны
Шгдельные процессы гомогенизации на молекулярном и кристалличе-
ском уровнях, обозначаемые как «разрушение геликов» и «рафиниро-
вание». «Гелики», или «включения», представляют собой отдельные ча-
Ьтицы гомогенного в остальной массе полимера, трудно или вообще
не поддающиеся переработке при обычных условиях и приводящие
к возникновению дефектов в конечном продукте. Как правило, это
молекулярные группировки «сетчатой» структуры, пространственно
«сшитые» кислородными мостиками, которые чаще всего возникают
i полиэтилене и полипропилене. Подобные «сетчатые» образования
ио гут приобретать большие (вплоть до макроскопических) размеры.
В пластифицированном поливинилхлориде (ПВХ) или пластифици-
рованном ацетате целлюлозы «гелики» образуются, как правило,
И обедненных пластификатором ороговевших местах. Под «разру-
шением геликов» в этом случае понимают уничтожение описанных
Частиц воздействием сдвиговых усилий.

Рафинирование термопластов осуществляется также в процессе
интенсивной пластикации вязкопластичной среды (фазы). Чаще
всего эту операцию проводят для полиэтилена высокого давления
4ПЭВД). При этом речь идет о процессе гомогенизации, физическая
сущность которого на молекулярном и надмолекулярном уровнях
не получила еще однозначного объяснения, но который приводит
к получению пленок с улучшенными оптическими свойствами, т. е.
с повышенными глянцем и прозрачностью.

Гелеобразование (мелирование) означает образование геля.
Под последним понимают легкодеформируемую, более или менее
обогащенную жидкостью дисперсную систему, которая состоит
обычно из твердого коллоидально распределенного вещества и
жидкости. Гелеобразование наступает, например, когда опреде-
ленные пластификаторы проникают в частицы ПВХ, вызывая их
набухание.
В то время как при желировании достигается коллоидально-
дисперсное состояние смеси, растворение приводит к достижению
гомогенности смеси на молекулярном уровне.

Под спеканием понимают нагревание мелкозернистых и порошко-
образных веществ до температуры, близкой к точке плавления, так
что частицы по наружной поверхности становятся «тестообразными»
или жидкими и поэтому склеиваются между собой в более крупные
агломераты или «связанную» массу без перехода в полностью рас-
плавленное состояние.

О мокрой классификации твердых веществ в промышленности об-
работки камней, земли и минералов говорят, когда песчанообразные
и зернистые твердые материалы отделяют от содержащих пустые
породы (шламы) осветленных суспензий.

Под сушкой понимают удаление жидкостей, в первую очередь
воды, из веществ путем испарения (или выпаривания), в то время
как дегазация в общем случае — это удаление летучих компонентов
из твердых, жидких или пластических материалов. Особый случай
представляет собой концентрирование растворов. Выпаривание ра-
створителя влечет за собой повышение концентрации раствора.

Пластические массы и упруговязкие материалы могут быть за-
сорены инородными включениями, например загрязнениями или
частичками ржавчины. Отсеивание нежелательных твердых компо-
нентов проводят в процессе фильтрования с помощью «тонких»
сит при течении пластичных или упруговязких сред, задерживая
частицы твердого вещества.

Деполимеризация, или разложение (деструкция), означает пони-
жение молекулярного веса полимера за счет уменьшения длины
молекулярных цепей. Она происходит при воздействии повышенных
температур, возникающих при подводе тепла извне и (или) за счет
внутренних тепловыделений при трении.

Термин «легирование» заимствован из металлургии и в данном
случае означает смешение двух полимеров с получением новой пла-
стической массы, причем оба компонента, часто не обладающие
совместимостью, могут быть совмещены в процессе реакций прививки.

Дальнейшие процессы, связанные с изменениями в молекулах
полимерных материалов, сложны. В качестве примера назовем ста-
билизацию концевых групп полиформальдегида.

1.3.	КЛАССИФИКАЦИЯ ШНЕКОВЫХ МАШИН

Классификация шнековых машин может быть проведена по раз-
личным принципам и критериям. Очевидным является подразделение
по числу шнеков (валов), направлению их вращения и другим кон-
структивным признакам. Однако если принять во внимание много-
образие возможных областей применения шнековых машин и пред-
ставить себе насколько отличаются, например, двухшнековые доза-
торы с вращением рабочих органов в одном направлении для сыпучих
материалов и двухшнековые машины с аналогичной кинематикой

для гомогенизации пластических масс, то станет ясно, что подразде-
ление по конструктивным критериям не может иметь большого
смысла.

Целесообразная классификация должна исходить из учета по-
ставленных технологических задач. В пользу этого подхода свиде-
тельствует хотя бы то, что конструктивное исполнение машины
должно также соответствовать технологическим задачам. Таким
образом, правильнее классифицировать шнековые машины по тем
же признакам, что и технологические процессы.

Различают следующие типы шнековых машин*.

1.	Транспортирующие шнеки (шнековые конвейеры).

2.	Винтовые насосы.

3.	Дозирующие шнеки (шнековые дозаторы).

4.	Шнековые экструдеры (червячные прессы).

5.	Шнековые смесители:

а)	шнековые смесители для сыпучих твердых мате-
риалов;

б)	шнековые смесители для жидких фаз (сред);

в)	шнековые смесители — шнековые пластикаторы для
пластичных и упруговязких систем.

6.	Шнековые классификаторы.

7.	Отжимные шнеки (шнек-прессы, фильтр-прессы).

8.	Шнековые испарители:

а)	шнековые испарители для сыпучих твердых материа-
лов;

б)	шнековые испарители для пластических масс и упруго-
вязких систем.

9.	Шнековые реакторы.

10.	Шнековые теплообменники.

Области применения указанных выше типов машин приведены
в табл. 1. При этом следует учитывать, что строгое соответствие
и жесткое закрепление типов машин за отдельными технологическими
процессами невозможно. Действительно, с помощью пластикатора
можно, например, при определенных условиях провести процесс
Дегазации, а в шнековом испарителе — процессы смешения и пласти-
кации. Поэтому в основу технологической классификации машин
следовало бы положить принцип областей применения. Встречаются
также случаи, когда в одной и той же машине осуществляются две
одинаково важные операции. Например, может происходить сме-
шение пластической массы с другими ингредиентами при одновре-
менном удалении летучих компонентов из смеси. Такую машину
с равным основанием можно отнести к шнековым пластикаторам
и шнековым испарителям. Именно этот случай имеет место, например,
Для двухшнековой машины производства «Welding Engineers» и двух-
Шнекового экструдера (двухчервячного пресса) с пластицирующими
Шайбами (кулачками) ZSK. Шнековые машины, которые настолько

* В скобках указаны термп нЫ| более употребительные в Советском Союзе. —
И 1)11. TU Г» л Л

и
Таблица 1

Области применения шнековых машин

Группа (тин) технологи- ческих процессов		Технологический процесс	Типы шнековых машин	Области применения
Транспортировка (пода- ча) п дозирование		Подача сыпучих матери- алов  Подача жидкостей  Подача (нагнетание) газов	Транспортирующие	шнеки  (шнековые конвейеры)  Винтовые насосы  Винтовые насосы (компрессо- ры)  Дозирующие шнеки (шнековые дозаторы)  Шнековые экструдеры (чер- вячные прессы)  Шнековые пластикаторы  Шнековые смесители для сы- пучих твердых веществ  Шнековые смесители для жид- ких сред  Шнековые пластикаторы (шне- ковые смесители для плас-	Горнорудное дело, сельское хозяй- ство, промышленность обработки камней, земли и минералов, пи- щевая и химическая промышлен- ности, промышленность пластичес- ких масс  Судостроение, нефтяная промыш- ленность, гидравлические масля- ные системы, нефтяные печи  Химическая промышленность
Экструзия  Процессы веществ	совмещения (материалов)	Дозирование	сыпучих  веществ и паст  Экструзия	пластичных  и упруговязких сред  Смешение сыпучих твердых материалов  Перемешивание жидкостей  Смешение	пластичных  и упруговязких сред		Промышленность обработки камней, земли и минералов, химическая промышленность, промышленность пластических масс, пищевая про- мышленность  Промышленность пластических масс  Горнорудное дело, сельское хозяй- ство, промышленность обработки камней, земли и минералов, пи- щевая и химическая промышлен- ности, промышленность пластичес- ких масс  Промышленность пластических масс и синтетических каучуков, пище-
Процессы веществ	разделения (материалов)	Диспергирование твердых веществ в пластичных и упруговязких средах (смешение с Уменьшением размеров частиц)  Специальные процессы го- могенизации пластичных п упруговязких систем  Желирование (гелеобразо- вание)  Растворение  Спекание  Мокрая	классификация  твердых веществ  Отжим	(фильтрование)  жидкостей  Сушка сыпучих материалов  Сушка пластичных и упру- говязких сред  Дегазация летучих компо- нентов из пластичных и упруговязких сред	тячяых я упруговязких  Шнековые экструдеры  Шнековые пластикаторы Шнековые экструдеры  Шнековые пластикаторы  Шнековые пластикаторы  Шнековые экструдеры  Шнековые смесители для сы- пучих твердых материалов  Шнековые пластикаторы Шнековые смесители для жид- ких сред  Шнековые смесители для сы- пучих твердых материалов  Шнековые теплообменники  Шнековые классификаторы  Шнековые фильтр-прессы  Шнековые испарители для сы- пучих твердых материалов  Шнековые испарители  Шнековые испарители Шнековые пластикаторы  Шнековые экструдеры	вая и химическая промышленность  То же  Промышленность пластических масс  То же  Промышленность пластических масс и синтетических каучуков, хими- ческая промышленность, добыча и обработка каменной соли  Промышленность пластических масс  Горное дело, промышлейность обра- ботки камней, земли и минералов  Пищевая и химическая промышлен- ности, промышленность пластичес- ких масс и синтетических каучу- ков  Химическая промышленность  Промышленность пластических масс и синтетических каучуков  Промышленность пластических масс
Продолжение табл. 1

Группа (тип) технологи- ческих процессов	Технологический процесс	Типы шнековых машин	Области применения
Процессы взаимодейст- вия (химического пре- вращения) веществ  Теплообменные процессы	Концентрирование раство- ров  Проведение процессов, свя- занных с фазовыми пере- ходами в пластичных и тестообразных системах  Отсеивание	твердых  веществ из пластичных и упруговязких сред  Полимеризация, поликон- денсация, реакции поли- присоединения  Деполимеризация (разло- жение, деструкция)  Легирование в процессе реакций прививки  Изменения в молекулах полимерных материалов)  Проведение обычных реак- ций в тестообразных, пластичных и упруговяз- ких средах  Нагревание и охлаждение твердых веществ, жидкос- тей, геле- и тестообраз- ных масс  Расплавление и кристалли- зация твердых веществ	Шнековые испарители  Шнековые пластикаторы  Шнековые экструдеры  Шнековые пластикаторы  Шнековые реакторы  То же  »  »  »  Шнековые теплообменники  То же	Промышленность пластических масс и синтетических каучуков  Химическая промышленность  Промышленность пластических масс и синтетических каучуков  То же  »  »  »  Химическая промышленность  Пищевая и химическая промышлен- ности, промышленность обработки камней, земли и минералов  Химическая промышленность

2^8 а •-"»&••

Р . К S-h-M к

I «В Ss -• >!
, E^oq »5 3 ечЕ‘

Р • W Z Р Z
. ф |_-е* СЪ« С

о В

ГЛ





"IS-&
р: В N . *"?Г
В 1^1
&-•- I П I и
нй о>£»‘ Ы>2
$ о

Н tfl to Со fcr-
ПИП*
3>|>^£
™ сп
ё-и'й S:
ф •	•. Ci

й - и
Глава 2

РАЗРАБОТКА ШНЕКОВЫХ МА]

ши:

(ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР)

2.1.	ПЕРВЫЕ ШНЕКОВЫЕ МАШИНЫ

Первые сообщения о шнековых машинах относятся к периоду
между 1865 и 1880 гг. Они касались в основном шнековых штранг-
прессов, с помощью которых могли проводиться процессы формова-
ния и экструзии пластических масс1 а также непрерывные процессы
совмещения и разделения веществ.

Наиболее ранний рабочий чертеж шнекового штранг-пресса
относится к 1873 г. Эта машина применялась фирмой «Harburger

Rnn~w'nnp ЯРПНП

I

Сухое зерно

Рис. 1. Шнековая сушилка для зерна, обогреваемая паром
(1876 г.).

Gummiwerke» (в настоящее время «Phoenix Gummiwerke AG»)
для экструзии резиновых шлангов [1, 2]. По сообщению В. М. Хуви
[3] уже в 1866 г. инженером «А. G. Day Со» (США) А. Г. де Вольфи
был сконструирован шнековый экструдер для наложения кабельной
изоляции. Другие подробности об этой машине остались неизвест-
ными. Аналогично обстоит дело с первой двухшнековой машиной,
которая была создана фирмой «Follows a. Bate» (Англия) в
1869 г. для производства колбас [1].

Напротив, описание, очевидно, первой шнековой сушилки,
патент на изобретение которой заявил в США в 1876 г. В. X. Хигби,
дошло до нас во всех подробностях благодаря сохранившемуся па-
тентному описанию [4]. Одношнековая машина (рис. 1) имела
частично полый обогреваемый шнек, а также продолговатое закрытое
16
сеткой отверстие для дегазации и служила для сушки зерна. Эта
машжва может рассматриваться в качестве прототипа сегодняшних
с полыми шнеками, которые изготавливаются фирмами
«Thies» и «Werner u. Pfleiderer».

Издавна шнеки использовались для дозирования порошкообраз-
1 терна лов. В 1891 г. Р. Друле опис&л [5] одношнековый доза-
риодического действия, который с помощью рычажного меха-
в той или иной степени изменял частоту вращения, вследствие
тносительно точно отмеренная доза сыпучего материала пор-
(ступенчато) подавалась к месту потребления.

горическое развитие шнековых экструдеров уже описано
те [2]. Поэтому здесь необходимо остановиться только на раз-

;.;раОотке тех шнековых машин, применение которых выходит за рамки
процесса экструзии.

Д	2.2. ШНЕКОВЫЕ ПЛАСТИКАТОРЫ

(ШНЕКОВЫЕ СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ И УПРУГОВЯЗКИХ СРЕД)

В области шнековых пластикаторов издавна известны как одно-
шнековые, так и двух- и даже четырехшнековые машины. Более
Полувека тому назад уже были предложены различные конструктив-
ные решения для повышения эффективности гомогенизации одно-
пцнековых машин: применение вращающихся вместе со шнеком или
[Стационарных месительных шайб (кулачков), установка нескольких
' Шнеков последовательно друг за другом в один агрегат, комбинация
(.Транспортирующего шнека с противовращающимся «тормозящим»
шнеком или с месительными лопастями.

Так, П. Пфлейдерер в 1881 г. в предисловии к заявке на патент,
^касавшийся совсем другого предмета изобретения, описал шнековый
•’йластикатор, оборудованный двумя незацепляющимися противо-
вращающимися шнеками, винтовые нарезки которых прерывались
перемешивающими и месительными лопастями (рис. 2). Это, видимо,
старейший документ, описывающий шнековый пластикатор [6].

А. Деёгафф и Л. А. ди Джорджио в 1883 г. разработали одно-
шнековый смеситель, корпус которого для повышения эффективности
‘смешения был оборудован внутренней нарезкой [7].

Дрезденская фирма «С. Е. Rost а. Со» в 1914 г. запатентовала
устройство для замешивания и гомогенизации шоколада (рис. 3).
Для лучшего перемешивания были предусмотрены разрывы винто-
вой нарезки и установка подпорной шайбы, вращающейся вместе
со шнеком для повышения давления, а для лучшей гомогенизации
шоколадной массы под давлением — установка «тормозящего» (под-
порного) шнека, вращающегося навстречу основному транспорти-
рующему шнеку [8].

Первая из известных четырехшнековых машин относится к 1907 г.
Она была спроектирована Ф. Виссиаком для перемешивания и вы-
давливания керамических масс, причем четыре скребково-лопастных
г шнека располагались симметрично относительно оси и частично
взаимно перекрывали друг друга [9].
В 1916 г. Р. В. Истон запатентовал в Лондоне двухшнековую
машину с взаимозацепляющимися вращающимися в одну сторону ра-
бочими органами [10]. В предложенном в 1920 г. в США изобретении

Материал

Продукт

Рис. 2. Пластикатор с двумя противовращающимися шне-
ками, оборудованными месптельными лопастями (1881 г.):
1 — месительные лопасти; 2 — решетка.

Рис. 3. Шнековый агрегат для гомогенизации шоколада (1914 г.):
I, II — сечения вращающихся подпорных шайб;

1 — тормозящий шнек; 2 — вращающаяся подпорная шайба; 3 — загрузочная
воронка.

Истон высказал идею уплотнительного профиля * и самоочистки
шнеков: «Винтовые нарезки выполнены одинаково и сопрягаются
так, что одна плотно входит в другую^ образуя тем самым непрерыв-

* Под «уплотнительным профилем» здесь и далее антор понимает взаимное
сопряжение нарезок шнеков с минимально возможными зазорами. В отече-
ственной литературе применяется также термин «беззазорное зацепление». —
Прим. рее.
дую поверхность контакта. Поверхности двух винтов... поддерживают
друг друга в чистом состоянии».

Представления Истона о геометрии шнекового (винтового) заце-
пления, однако, очень неопределенны, а относительно движения
материала в системе шнеков даже ошибочны, так как он говорит
об абсолютно вынужденной подаче (продвижении) материала: Шро-
движение материала предупреждает его обратное движение по винто-
вым нарезкам, и вращение шнеков заставляет материал двигаться
в положительном направлении» [И].

Материал

I

Рис. 4. Пластикатор системы'Гордона для пластикации и сме-
шения каучука (1930 г.):

1 — шпиндель регулировки конической щели; 2 — коническая кольцевая
щель; з — подпорная шайба; 4 — каналы охлаждения.

В 1921 г. идея о взаимозацепляющихся вращающихся навстречу
друг другу шнеках была реализована во Франции компанией «So-
ciete Anonyme des Etablissements A. Olier» [12].

Еще раньше предпринимались попытки освоения непрерывного
процесса подготовки и переработки каучука. Так, в 1919 г. в США
В. А. Гордоном был разработан так называемый пластикатор Гор-
дона, в первоначальном виде имевший элемент с коническим коль-
цевым каналом для повышения давления и интенсификации дефор-
мации сдвига в конце шнека. В дальнейшем машина постоянно со-
вершенствовалась Гордоном.

Начиная с 1925 г., она оснащалась элементом с конической
кольцевой щелью, способным плавно (бесступенчато) перемещаться
в осевом направлении, а в 1930 г. была оборудована усиливающей
смесительный и пластицирующий эффекты вращающейся вместе
со шнеком подпорной шайбой, установленной после первой зоны
шнека, а также внутренней винтовой нарезкой в первой секции
корпуса шнека (рис. 4).

Пластикатор Гордона может загружаться каучуком в виде целых
кип и обеспечивает производительность до 3,8 т/ч. Пластицирован-
ный каучук выдавливается в виде листов (лент) [13—15].

2*	19
Для аналогичных целен разогрева, пластикации, смешения
и выдавливания (экструзии) каучука В. Роэл в 1929 г. разработал
в США одношнековый пластикатор. Корпус этой машины оснащен
внутренней винтовой нарезкой, ход которой местами прерывается
и имеет переменную глубину, причем корпус выполнен из сборных
элементов. В том же году эта машина аналогично пластикатору
Гордона была усовершенствована с целью повышения эффективности
пластикации и смешения (рис. 5). Примечательно, что, начиная

Рис. 5. Однопшековая машина для пластикации и смеше-
ния каучука (1937 г.):

1 — охлаждающие каналы; 2 — элемент внутренней нарезки кор-
пуса; S — элемент пшена; 4 — вал пшена; 5 — шпонка.

с 1937 г., шнеки также изготавливались по системе «сборных эле-
ментов» и тем самым могли в большей степени отвечать требованиям
процесса пластикации. Шнековая машина Роэла является в действи-
тельности первым шнековым пластикатором, рабочий орган которого
выполнен из составных элементов [16, 17].

Два заслуживающих внимания устройства для гомогенизации
пластических масс были запатентованы в 1923 г. А. Анхудтом.
Первое из них — одношнековый гомогенизатор с двухсторонней
загрузкой и коническим кольцевым элементом для усиленной пласти-
кации материала, причем как на коническом элементе, так и на кор-
пусе этого узла могут быть выполнены месительные ребра (рис. 6).
Полагают, что эта машина была первой моделью с симметричной
конструкцией рабочего органа для увеличения осевых нагрузок [18].
Вторая конструкция Анхудта представляла собой двухшнековую
машину со специальным пластикационным приспособлением (рис. 7).
Она состояла из двух выполненных заодно со шнеками конических
2п
смесительных валков, зазор между которыми регулировался пере-
МРттуиием одного из валков [19].

Дион применения взаимозацепляющихся вращающихся в одну

профилем в



шнеков с так называемым уплотнительным

Материал

1

Материал

Продукт

Рис. 6. Одношнековый гомогенизатор с двухсторонней
загрузкой (1923 г.):

1 — конические кольцевые элементы с ребрами; 2 — вал пшека.

|933 г. была возрождена в США Ф. Ф. Пайсом. По сравнению
с Истоном Пайс развил уже более точные представления о геометри-
ческих соотношениях взаимного зацепления шнеков [20].

L В 1935 г. на заводе «Hoechst» («I. G. Farbenindustrie AG»)
была поставлена задача подготовить большие количества (партии)

Рис. 7. Пластикатор с двумя противовращающимися
шнеками и смесительными коническими валками
(1923 г.):

1 — конические смесительные валки; 2 — шкив привода.

смеси масла, воды, мелкодисперсного угля и золы таким образом,
•чтобы происходило обеззоливание угля. Существенной предпосылкой
для качественного проведения этого технологического процесса
являлось создание высоких напряжений сдвига. Кроме того, мате-
риал должен был подаваться, преодолевая большое противода-
вление в системе. С. Кискалт, Г. Тампке, К. Винакер и Е. Вайн-
гертнер разработали двухшнековый насос-пластикатор с двумя
взаимозацепляющимися широкоходовыми противовращающимися
шнеками, межвитковый объем которых уменьшался в направлении от
воны загрузки к месту выхода продукта почти наполовину и в конце
которых находилась специальная капсула (рис. 8). Из-за уменьшения
межвиткового объема материал, поступающий в зону загрузки, по-
падает в последние витки лишь частично; остальная часть через
«неплотные» начальные витки выжимается в обратном направлении,
претерпевая при этом пластикацию и перемешивание. Этот насос-
пластикатор обозначался как модель А и служил также для под-
готовки керамических смесей и эластомерных компаундов [21—23].

Приобретя лицензию на описанную модель пластикатора, П. Ляй-
стриц и Ф. Бургхаузер на ее основе несколько позже разработалп

Материал

1

Рис. 8. Двухшнековый насос-пла-
стикатор типа А (1935 г.).

Рпс. 9. Двухшнековый насос-пла-
стикатор типа Z (1935 г.).

модель Z, которая имела главный шнек с убывающим в направлении
подачи межвитковым объемом и смежный шнек с возрастающим
объемом витков, образующих с витками («гребнями») основного
шнека плотную «гребенку» (рис. 9).

Основной шнек захватывает материал, который при переходе
в смежный шнек (в зазорах между гребнями) подвергается интенсив-
ному сдвиговому деформированию. Машины такого типа изготавли-
ваются со шнеками диаметром до 435 мм и применяются, например,
для пластикации каучука оппанол [23, 24].

Как существенный шаг в разработке шнековых машин следует
рассматривать изобретенный в 1941 г. В. Эллерманном и изгото-
вленный на горнорудном заводе «Frid. Krupp AG» пластикатор,
получивший название «Knetwolf», т. е. двухшнековый пластикатор
с взаимозацепляющимися противовращающимися шнеками и выпол-
ненными заодно с ними месительными лопастями (рис. 10, 11).

Известные ранее из конструкций смесительных машин месительные
лопасти были в видоизмененной форме впервые применены в шнеко-
вом пластикаторе непрерывного действия. Тем самым машину
«Knetwolf» можно считать предшественником всех современных
пластикаторов подобного рода, например выпускаемых двухшнеко-
вых смесителей DSM фирмы «Krauss Maffei» или машин «Continuous
Mixers FCM» фирмы «Farrel». Пластикатор «Knetwolf» был оснащен
шнеками диаметром 400 мм и использовался, например, в производ-
ствах оппанола, где он пришел на смену применявшимся до него
насосам-пластикаторам. Военные и послевоенные условия задер-
«али прогресс в этой области техники [25, 26].

Рис. 10. Пластикатор «Knetwolf» с двумя про-
тивовращающимися шнеками и лопастями типа
закрытого смесителя (1941 г.):

1 — месительные лопастп; г — редуктор.

Рис. 11. Пластицпрующие шнеки первой машины «Knetwolf» (1941 г.).

Идея применения двух взаимозацепляющихся шнеков уплотни-
тельного профиля, вращающихся в одном направлении, которую
высказали и реализовали ранее Истон и Пайс, только в 1944 г.
была вновь возрождена В. Мескатом и Р. Эрдменгером на предприятии
фирмы «I. G. Farbenidustrie AG», практически заново разра-
ботана и получила геометрически безукоризненное воплощение
(рис. 12). Начиная с этого времени, стали использоваться само-
очищающиеся шнековые машины с уплотнительным профилем для
процессов смешения и гомогенизации, а также для дегазации ле-
тучих компонентов из пластических масс и проведения химических
реакций [27].

Примерно в то же время (1945 г.) Ф. Фаллер в США (фирма
«Welding Engineers») запатентовал двухшнековую машину с неза-
цепляющимися вращающимися навстречу друг другу шнеками,

материал

I

Рис. 12. Двухшпековая маптина с вращающимися в одном
направлении шнеками, имеющими уплотнительный про-
филь нарезки (1944 г.).

нагнетающие элементы которых работали совместно с установлен-
ными последовательно противоходными элементами для повышения
давления и эффективности смешения (рис. 13). Кроме пластикации
и смешения термопластов эта машина предназначалась для компаун-
дирования дуропластов * и особенно для удаления летучих (дегаза-
ции) из пластических масс, так что ее можно рассматривать не только
как шнековый пластикатор, но в первую очередь как шнековый
испаритель [28].

В 1945 г. был сделан также существенный шаг в развитии одно-
шнековых пластикаторов. Г. Лист разработал машину системы
«Ко-Kneter», первый образец которой в том же году изготовила
в Базеле фирма «Buss AG». В машинах системы «Ко-Kneter» одно-
временно с вращением шнек осуществляет осевое осциллирующее
(возвратно-поступательное) движение. Винтовая нарезка (витки)
шнека имеют разрывы. В образованные пазы в процессе движений
шнека заходят месительные выступы, жестко закрепленные на кор-
пусе (цилиндре) машины (рис. 14). Таким образом достигается
очень высокая эффективность смешения и гомогенизации (см. раздел

* Дуропласты — иначе реактопласты, термореактпвные полимеры. —‘
Прим. ред.
3 3-4). Одна из первых промышленных машин этого типа была
в’1948 г. использована в производстве шоколадной массы, т. е. нашла
применение в той же области, что и шнековое устройство, спроекти-
рованное К. Е. Ростом в 1914 г. (см. рис. 3) [29, 30].

Рис. 13. Двухшнековая машина с противовращающимися незацепляющимпся
шнеками производства «Weldin Engineers» (1945 г.):

1 — противоходные элементы; 2 — нагнетающие элементы; з — камера дегазации.

В. Зона, сотрудничавший в фирме «Pirelli», в качестве нового
решения для повышения смесительного и пластицирующего воз-
действия одношнековых машин предложил в 1948 г. шнек с зксцент-

Рпс. 14. Пластикатор системы «Ко-Kneter» с враща-
ющимися п одновременно осциллирующими шнеками
(1945 г.);

1 — месительные выступы; 2 — осциллирующий редуктор.

ричным телом и ступенчато установленными эксцентричными шай-
бами (кулачками), который наиболее пригоден для непрерывного
приготовления смесей (композиций) на основе каучуков (рис. 15)
[31].
А.	Лаш (фирма «Werner u. Pfleiderer») в 1950 г. разработал
двухшнековый пластикатор с незацепляющимися противовраща-
ющимися рабочими органами, межвитковые каналы которых были

Материал

2

Рис. 15. Одношнековый пластикатор с эксцентричными кулач-
ками (1948 г.):

1 — канал охлаждения; 2 — эксцентричные кулачки.

в той или иной степени разделены на отдельные камеры перпенди-
кулярными или наклонными поперечинами (планками) соответству-
ющей высоты. Такая машина (камерный пластикатор КК) зарекомен-
довала себя очень эффективной по качеству смешения благодаря
постоянным разрывам потока материала в «запертых» витках (рис. 16).
В дальнейшем этот пластикатор был выполнен с взаимозацепляющи-
мися шнеками [32].

Продукт

Рис. 16. Двухшнековый камерный пластикатор (КК) с противо-
вращающимися шнеками и поперечными планками в межвнт-
ковых каналах (1950 г.):

1 — планки; 2 — шнеки.

Существенным усовершенствованием, имевшим большое техни-
ческое значение, явилась разработка месительных кулачков для
двухшнековых машин с любым направлением вращения, осуществлен-
ная в 1949 г. Р. Эрдменгером на заводе «Farbenfabriken Bayer».
При этом имеются в виду кулачки с криволинейной образующей,
как это показано, например, на рис. 17. Может устанавливаться
любое выбранное число кулачков с различной шириной рабочей
поверхности и под разными углами «набегания». Описываемые ку-
лачки можно применять в комбинации со шнековыми секциями,
создавая тем самым зоны (рабочие участки) с определенными напря-
жениями сдвига. Для двухшнековых машин со шнекам^ вращающи-
мися в одном направлении, эти «криволинейные» кулачки могут
быть выполнены аналогично зонам самоочищающихся шнеков
с уплотнительным контактным профилем [33, 34].

В.	Мескат и Я. Павловски (завод «Farbenfabriken Bayer»)
в 1950 г. поддержали и развили концепцию комбинированных
машин, включающих транспортирующие и «тормозящие» (подпор-
ные) шнеки для двухшнековых машин с уплотнительным профилем
[35]. Три названные конструктивных признака — контактно-уплот-
нительный профиль, месительные кулачки и подпорные шнеки —
были затем реализованы фирмой «Werner u.Pfleiderer» в широких

Рис. 17. Месительные кулачки в шнековых пластикаторах
с взаимозацепляющимися вращающимися в одном направлении
шнеками (1949 г.):

1 — корпус; 2 — кулачок; з — шпонка; 4 — вал шнека.

промышленных масштабах при изготовлении двухвальных шнеково-
кулачковых пластикаторов типа ZSK с взаимозацепляющимися
вращающимися в одну сторону рабочими органами. Рабочие чертежи
этой машины, первый образец которой изготовили в 1955 г., были
выполнены конструкторами Г. Оскером и Р. П. Фритчем (см. раз-
дел 3.3.9).

В 1950 г. В. Эллерман вновь подхватил идею, заложенную при
изготовлении пластикатора «Knetwolf» в 1941 г., применив ее при
конструировании пластикатора с противовращающимися шнеками.
Последний был изготовлен дюссельдорфской фирмой «J. Еск и.
Sohne» и стал известен под наименованием «Еск-Mixtruder». Первой
моделью была машина ЕМ 80 с межосевым расстоянием 80 мм,
частотой вращения шнеков 20 об/мин и мощностью 10 кВт. Произ-
водительность по пластифицированному ПВХ составляла —50 кг/ч
[26, 36—38]. Дальнейшее усовершенствование этой машины про-
водилось в последующие годы мюнхенской фирмой «Krauss Maffei».
Так из машины «Mixtruder» возник двухшнековый смеситель DSM,
в котором в отличие от прототипа (микструдера) шнеки вращались
в одну сторону (см. раздел 3.3.7).

В области одношнековых пластикаторов в последнее время боль-
шое хозяйственное значение приобрел так называемый пластифика-
тор в качестве машины специальной конструкции для пластикации
и пластификации. Сконструированная фирмой «Werner u. Pflei-
derer» и построенная в 1953 г. машина исходит из конструктивного
решения мюнхенской фирмы «Wacker-Chemie», предложенного
А. Фогтом в 1951 г. На конце относительно короткого одношнекового
транспортирующего устройства Фогт смонтировал удлиненный («об-
ратный») конус в концентричном ему расширяющемся корпусе
(рис. 18). Пластический материал (в первую очередь пластифициро-
ванный ПВХ), загружаемый в эту машину, к началу конического
кольцевого зазора пластицируется, желируется за счет фрикции

Рис. 18. Машин 1 с месптельным конусом, пред-
назначенная для получения пластифицирован-
ного ПВХ (1953 г.):

1 — коническая кольцевая щель; 2 — осциллирующий
привод.

(сил трения) и заполняет коническую часть рабочего узла в виде
замкнутого рукава. Благодаря расширяющемуся по диаметру конусу
и фрикционному воздействию к началу кольцевого конического за-
зора рукав надрывается и раздирается. Отдельные элементы пре-
терпевают в дальнейшем деформации сдвига и выдавливаются в виде
жгутов (лент). Таким образом получатся хорошо пластицированнып
гомогенный материал, который затем гранулируют, используя «на-
порную» шнековую машину [39] (см. раздел 3.3.2).

Г. А. Свилоу («Union Carbide a. Carbon Corp», США) [40] в 1952 г.
изготовил двухшнековый пластикатор непрерывного действия с про-
тивовращающимися взаимозацепляющимися шнеками и меситель-
ными планками (лопастями), рабочие органы которого вращались
с различной частотой, причем частота вращения быстроходного
шнека по крайней мере вдвое превосходила частоту вращения тихо-
ходного (рис. 19). Принцип различных частот вращения шнеков был
использован и в конструкции, запатентованной в 1954 г. Г. С. Бп-
кеном [41]. Его машина была оснащена двумя противовращающи-
28

щей частично перекрывающими друг друга месительнымп валками
вддоднеиными в форме двухзаходных шнеков с очень большим шагом.
Вследствие различных частот вращения шнеки имели, естественно,

Рис. 19. Двухшнековый

пластикатор с взаимозацепляющи-
мися шнеками, вращающимися в противоположных направле-
ниях с различной скоростью (1952 г.):

1 — быстроходный месителышй вал; 2 — тихоходный месительный
вал.

а

Материал

Продукт.

1*ЖС. 20. Двухшнековый пластикатор с взаимозацепляющимися шнеками, вра-
Пющимвся с различной скоростью в противоположных направлениях,
пластических масс низкой и средней вязкости (1954 г.):

а — общий вид и продольный раарез; б — сечения:

1 — быстроходная, месительная лопасть; г — тихоходная мерительная лопасть.

для

Различный шаг нарезки

«личшиын шаг нарезки и различный профиль поперечного сечения
(₽Ис. 20). Эта машина предназначалась для перемешивания пласти-
ческих масс низкой и средней вязкости.
В 1953 г. сотрудник «В. F. Goodrich Со» А. Е. Джиф разработал
новый вариант одношнекового пластикатора для каучуковых смесей
(композиций) системы «Rotoniill». Машина, построенная «National
Rubber Machinery Со», включает смесительный и пластицирующий
роторы со скругленными гребнями и углом подъема нарезки от 45
до 67е. В различных местах вдоль шнека могут вводиться перемеши-
ваемые компоненты (рис. 21). С помощью экспериментальной ма-
шины такой конструкции со шнеком диаметром 140 мм и длиной
1200 мм при мощности 22 кВт можно было получать композиции
на основе каучука с сажей при удовлетворительном качестве смеси

Рис. 21. Одношнековый пластикатор «Rotomill» для композиций
на основе каучуков (1953 г.):

1, г — вспомогательные загрузочные отверстия; з — основная загрузочная
воронка.

и производительности в пределах 40—50 кг/ч. Однако машины по-
добного типа с производительностью, отвечающей промышленным
масштабам, до сих пор не известны [42. 43].

М. С. Френкель, а также сотрудники американской фирмы «Uni-
royal Inc.». М. К. Поршень и П. Гейер независимо друг от друга
в 1955 г. вновь обратились к конструктивному принципу одношнеко-
вого смесителя с винтовой нарезкой на внутренней поверхности
корпуса машины. Особенно большой эффективности смешения изо-
бретатели достигли тем, что глубина нарезок противолежащих
(«сопряженных») витков шнека и корпуса (цилиндра) были перемен-
ными, колеблясь между определенным минимальным и максимальным
значениями так, что перемешиваемый материал в процессе работы
непрерывно переходил из винтовых каналов шнека в канал цилиндра
и обратно (рис. 22). Этот метод обработки смесей стал известен под
термином «конвергентно-дивергентный принцип». Кроме того, инже-
нерное решение Френкеля предусматривает добавление вращения
корпуса (цилиндра) к вращению шнека. Машины такой конструкции
изготавливаются в Англии фирмой «Vickers Ltd» под названием
«Transfermix» [44—46]. В США машины системы «Transfermix»
производят фирмы «Adamson United Со» и «Sterling Extruder Corp»
[47-49].

В 1960 г. Л. Виттроком была спроектирована так называемая
планетарно-валковая шнековая машина, пластицирующий и смеси-
тельный узел которой выполнен по принципу планетарных вальцев
(рис. 23). В последующие годы такая машина была изготовлена
фирмой «Gewerkschaft Schalker Eisenhiitte». Описываемая машина

Рис. 22. Одношнековый трансферный смеситель «Transfermix» (смеситель сп-
стемы Френкеля, 1955 г.):

a — узел смесителя; б — принцип действия смесителя;

I — направление транспортировки; II — направление вихревого движения в канале кор-
нуса; III — направление вихревого движения в межвитковом канале шнека;

-"J— загрузочная воронка; 2 — уплотнение; з — венец зубчатого колеса привода корпуса;
4 — опора корпуса; 5 — шнек; 6 — корпус.

оснащена центральным шпинделем (винтом) с несколькими плане-
тарно расположенными малыми шпинделями, которые в свою очередь
сопрягаются с внутренней нарезкой обогреваемого корпуса (мате-
риального цилиндра) шнековой машины. Когда центральный шпин-
дель приводится во вра-

щение, незащемленные
(«плавающие») планетар-
ные винты подобно валко-

вым парам обкатывают
основной рабочий элемент,
вращаясь между ним и ко-
рпусом машины. Гомогени-

Рис. 23. Планетарный экструдер (19G0 г.).

зация переметив аемой к оп-
позиции происходит в мно-

гочисленных зазорах гребней (зубьев) [50], — см. также раздел 3.3.5.

В заключение следует упомянуть двухшнековый пластикатор
с Незацепляющимися противовращающимися шнеками, оборудован-
ными соосно установленными месительными лопастями, для пере-
вешивания и пластикации термопластов и каучуков, вслед за кото-
рым устанавливается одношнековый нагнетающий (напорный)
Экструдер. Этот агрегат был разработан в 1962 г. Е. Г. Альфель-
дом, А. Д. Болдуином и др. и изготовлен фирмами «Farrel Corp»
?0Д названием «Farrel Continuous Mixer FCM» в США и «David
Bridge а. Со» под названием «Farrel Bridge Continuous Mixer
™ВСМ» в Англии.
2.3.	ШНЕКОВЫЕ СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ЖИДКИХ СРЕД

Шнековые смесители для эмульгирования и перемешивания пере-
качиваемых жидкостей известны более 50 лет. В 1917 г. Т. Б. Хэдли
разработал в США лопастной шпек с месительными шайбами и

Рис. 24. Шнековая машина для растворения
калийных солей (1920 г.).

Смесь

Компоненты смеси

2

Рпс. 25. Скребково-лопастной шнековый смеситель для битумных
эмульсий (1930 г.):

1 — неподвижные лопатки; 2 — вращающиеся лопатки.

перемешивающими соплами. Поток жидкости принудительно пода-
вался с помощью насосов [53].

Около 1920 г. было пущено в работу шнековое устройство для
подготовки растворов калийных солей с рабочей длиной от 12 до
16 м. Шнековая мешалка подавала исходную соль в чугунный не-
сущий желоб, в котором с помощью рычажных пластинчатых лопа-
32
степ она в течение длительного времени перемешивалась с поступа-
ющей противотоком щелочью. С помощью встроенного по периферии
чугунного желоба пучка нагревательных труб температура щелочи
поднималась до 100 °C. Таким образом создавались условия, необ-
ходимые для растворения содержащегося в исходной соли хлористого
магния в щелочи (рис. 24). Нерастворенный остаток в конце желоба
удалялся с помощью специального устройства Бехера. Пропускная
способность этой установки, изготовленной фирмой «Frid. Krupp AG»
на заводе «Grusonwerk», составляла 30—70 т/ч по исходному сырью
(соли) [541. Специально для получения битумных эмульсий К. Е. Мак-
конниджей сконструировал в 1930 г. в США лопастной шнек с до-
полнительными жестко фиксированными на корпусе лопатками
(скребками), часть из которых играла роль подпорных (тормозящих)
элементов (рис. 25) [551.

2.4.	ШНЕК-ПРЕССЫ

Разработанный в 1883 г. Десгаффом и ди Джорджио смеситель-
ный шнек предусматривалось использовать в сочетании с перфори-
рованным корпусом как шнек-пресс в первую очередь в производ-
ствах жиров и масел [7]. В начале века всеобщее распространение
в производствах масел получили так называемые ситчатые («це-
дильные») шнек-прессы. Здесь следует упомянуть о первом шпек-
прессе для отжима масел из семян, который был изготовлен в 1900 г.
американской фирмой «V. D. Anderson Со». Эта машина служила
для переработки копры, земляных орехов (арахиса), льпяпых,
кунжутовых и хлопковых семян, причем масличные семена до от-
жима измельчались и подогревались для раскрытия масличных
клеток. Исходное содержание масла в зависимости от сорта семян
составляло от 20 до 65%, а остаточное содержание масла после от-
жима — от ~6 до 9%. Первый шнек-пресс «V. D. Anderson Со»
имел шнек диаметром 152 мм и при частоте вращения шнека от 10
до 12 об/мип был оснащен приводом мощностью кВт. Произво-
дительность составляла ~150 кг/ч масличных семян [56].

Химическая промышленность более интенсивно занялась отжим-
ными шнековыми машинами с 1930 г. При расширении производ-
ства штапельного волокна в середине 30-х гг. на заводе «I. G. Far-
benindustrie AG» возникла задача обесщелачивания раствора алка-
лицеллюлозы. При этом нормальные отжимные шнековые машины
с перфорированными ситами оказались неработоспособными, так как
реологические условия процесса удаления щелочи из алкалицеллю-
лозы были совсем другими, чем при отжиме влаги из клеточных
веществ. Щелочная целлюлоза (алкалицеллюлоза) вращалась вместе
со шнеком, не перемещаясь в продольном (осевом) направлении.
Поэтому В. Мескат теоретически и экспериментально исследовал
отдельные фазы рабочего процесса отжима, а также реологические
и структурные свойства алкалицеллюлозы па различных стадиях
Шнек-прессовапия. При экспериментах на ротационном вискози-
метре обнаружилось, например, что суспензия щелочной целлюлозы
почти без сопротивления скользит по гладким стенкам цилиндра *.
Скольжение можно было прекратить только повышением шерохова-
тости стенок цилиндра с помощью фрезерованных продольных ка-
навок. Такое мероприятие было затем, в принципе, перенесено
на перфорированный корпус шнек-пресса и реализовано следующим
образом. Перфорированный кожух машины был изготовлен из от-
дельных планок (стержней) трапецеидального поперечного сечения
и собран подобно кровельной черепице, как это показано на рис. 26,
причем продольные кромки каждого стержня на несколько десятых
миллиметра выступали над следующей смежной продольной кромкой

Рис. 26. Ситчатый кожух из планок для
отжимных шнек-прессов (1935 г.).

соседнего стержня так, что
создавалась определенная
«шероховатость» внутренней
перфорированной поверхно-
сти. Вследствие этого между
материалом и корпусом обе-
спечивалось достаточно силь-
ное трение, которое предот-
вращало вращение отжима-
емого материала вместе со
шнеком. Таким образом, был
разработан стержневой це-
дильный шнек-пресс, кото-
рый и в настоящее время

находит применение В исследованиях Меската были выявлены
определенные соотношения между требуемым давлением в каналах
шнека, объемом межвиткового пространства и достигаемым содер-
жанием целлюлозы. На основании этих данных был установлен
диапазон характеристик («поле параметров») отжимных шнеков,
пригодных для удаления щелочи из суспензии щелочной целлю-
лозы, и важные отправные данные для конструирования шнека.

Так была создана первая шнековая машина, сконструированная
на теоретической основе и данных экспериментов с учетом опреде-
ленной технологической задачи. Эта машина различных типоразме-
ров была изготовлена между 1935 и 1937 гг. фирмой «F. Muller».
Примечательной в ней была сборная конструкция шнека из отдель-
ных секций, которые могли набираться на общий вал в различной

последовательности в зависимости от предъявляемых технологи-
ческих требований. Крупнейшей машиной такого типа является
шнек-пресс OZ 200 со шнеком диаметром —400 мм и суточной про-
изводительностью ~35 т в расчете на 30% целлюлозы, получаемой
из щелочной целлюлозной суспензии, что соответствует пропускной
способности —10 т сухого клеточного вещества. На рис. 27 пока-

* Речь идет об эффекте так называемого пристенного скольжения. Это явле-
ние имеет место для многпх высокомолекулярных веществ, в частности при
экструзии эластомеров. Оценка скорости пристенного скольжения может про-
изводиться по методу Муни с использованием данных по расходу среды при
течении по нескольким капиллярам одинаковой длины, но различных диаме-
тров. — Прим. ред.

34

зана отжимная машина средних размеров модели OZ 30 [57—60].

Так как во многих случаях перфорированные стержневые эле-
менты не могли предотвратить вовлечение материала во вращение
вместе с рабочим органом, то дальнейшее развитие привело к реше-
ниям, в которых отдельные витки шнеков прерывались короткими
гладкими цилиндрическими секциями. В -этих местах на корпусе
жестко устанавливались скребки, проходившие в полости корпуса
почти до тела шнека и предотвращавшие вращение отжимаемого
вещества [61].

Рис. 27. Одношнековый пресс типа OZ 30 для
удаления щелочи из алкалицеллюлозы (1935 г).

В 1937 г. был создан первый шнек-пресс без ситчатого, перфо-
рированного элемента. Г. Хиршберг («I. G. Farbenindustrie AG»)
разработал шнек-пресс для фильтрования синтетических дубильных
веществ от соляных растворов. Отличительной чертой этой машины
было отделение жидкости в направлении, противоположном движе-
нию массы, и вывод ее в виде потока через специальный патрубок,
расположенный несколько сзади по отношению к узлу загрузки
материала (рис. 28) [62].

Двухшнековые фильтр-прессы стали известны, начиная с 1943 г.,
когда В. Мескат запатентовал машину для фильтрования жидкостей
с вращавшимися в одном направлении шнеками, объем межвитковых
каналов которых уменьшался в направлении от конца рабочего ор-
гана к его начал5 [63]. Вскоре после этого В. Маскат и Р. Эрдменгер
создали машину с двумя шпеками, вращавшимися в одну сторону
и имевшими уплотнительный контактный профиль [64]. В 1950 г.
Для увеличения рабочего давления фильтрования (отжима) В. Мескат
и Павловски использовали принцип так называемых «тормозящих»
Иротивозаходных или противовращающихся шнеков (использовав-
шихся ранее для транспортировки материала), перенеся его на шнек-
прессы [35]. Двухшнековые машины по сравнению с одношнековыми

3*	35
прессами обладают большей полезной (фильтрующей) поверхностью
в расчете на объем материала и обеспечивают принудительное (вы-
нужденное) продвижение последнего.

По аналогии со шнековыми пластикаторами К. Моритц пред-
ложил в 1948 г. шнек-прессовый агрегат с двумя шнеками, распо-
ложенными симметрично и вращающимися навстречу друг другу,
и с двумя узлами загрузки сырья для компенсации осевых нагрузок
[65].

Рис. 28. Одпошнековый бесситчатый пресс для
синтетических дубителей (1937 г.)

1 — конус для регулирования давления; 2 — шнек.

Особенно важной областью применения шнек-прессов стал от-
жим (фильтр-прессование) воды из влажного синтетического кау-
чука (СК) всех сортов и типов. Первый шнек-пресс для этой цели
был поставлен в середине 30-х годов заводом «Gruson Week» фирмы
«Frid. Krupp AG» предприятию «I. G. Farbenindustrie AG», распо-
ложенному в г. Шкопау (теперешний завод «VEB Chemische Werke
Buna») [61]. В настоящее время для отжима влажного СК приме-
няются шнек-прессы различных типов, как одно- и двухшнековые
и ситчатые («цедильные») двухшнековые, так и отжимные шнековые
машины без перфорированных кожухов. При этом влагосодержание
каучуковой крошки, которое в исходном сырье, как правило, нахо-
дится в пределах 50—80%, понижается в зависимости от условий
процесса примерно до 8—12?6.

2.5.	ШНЕКОВЫЕ ИСПАРИТЕЛИ

Применение шнековых машин для проведения термических про-
цессов разделения веществ известно с 1876 г., когда Хигби разрабо-
тал сушилку для зерна. В 1913 г. Р. Б. Прайс в Нью-Йорке пустил
в работу одношнековую машину для вакуумной дегазации пласти-
ческих масс от воды и других летучих компонентов. В патентном
описании он изложил технические мероприятия по герметизации
вакуумной камеры от нормального (атмосферного) давления [66].
36

в. д. Стэнли запатентовал в 1915 г. одношнековый пресс для
вакуумной дегазации каучукоподобных материалов, указав при этом
основные признаки современных машин:

1)	возможность получения тонких слоев материала;

2)	уплотнение (герметизация) вакуумной камеры обрабатываемым
материалом;

3)	устройство нескольких последовательных вакуумных зон;

4)	подогрев корпуса (цилиндра) машины в нескольких зонах;

5)	установка месительных лопастей на шнеке и корпусе, выпол-
нение шнека из сборных элементов с различным углом подъема вин-
товой нарезки отдельных секций [67].

Упоминавшиеся выше в разделе, посвященном шнековым пласти-
каторам, машины с двумя взаимозацепляющимися шнеками, враща-
ющимися в одном направлении, созданные Истоном в 1916—1920 гг.,
тоже предназначались для процессов дегазации [40, 11].

Дегазационными машинами большого хозяйственного значения
являются также двухшнековые машины производства «Welding
Engineers» [28] (см. раздел 3.7.1) и двухшнековые пластикаторы
с месительными кулачками типа ZSK производства «Werner и.
Pfleiderer» (см. раздел 3.7.2).

Новым является принцип так называемой обратной (противоточ-
ной) дегазации. Отверстие для дегазации располагается по ходу
материального потока за границей раздела фаз пластической массы
и газообразного или парообразного составляющего, причем непо-
средственно под отверстием пластический материал отсутствует.
Поэтому отверстие для дегазации не может перекрываться (заби-
ваться) и оказывается значительно более надежным в эксплуатации,
чем обычные дегазационные выводы. Шнек подает пластическую
массу прямотоком, допуская прохождение газа и пара навстречу
движению потока, т. е. противотоком, к дегазационному отверстию.
В. Винкельмюллер, Р. Эрдменгер и др. в 1951 г. сформулировали
этот важный принцип дегазации для двухшнековых машин с заце-
пляющимися шнеками (рис. 29) [68], который в 1955 г. Д. Е. Хольт
перенес на одношнековые устройства (рис. 30) [69].

Дегазационная машина большой мощности, разработанная в 1960 г.

Эрдменгером и В. Етке на заводе «Farbenfabriken Bayer»,
представляет собой четырехшнековый испаритель с уплотнительным
контактным профилем и самоочисткой рабочих органов и имеет
значительные полезные сечения для дегазации. Установка изгота-
вливается фирмой «Werner u. Pfleiderer» (рис. 31) [70, 71].

Если для испарения летучих компонентов нельзя обеспечить
Достаточного количества тепла за счет превращения энергии при-
вода в теплоту трения, то эффективные (полезные) теплообменные
поверхности материального цилиндра (корпуса) машины и внутрен-
него отверстия шпека обычных машин часто оказываются недоста-
точными. Поэтому были созданы полые шнеки, винтовые гребни
которых также могут использоваться непосредственно в качестве
Поверхностей теплообмена. Такие машины с полыми шнеками были
Разработаны в 1953 г. И. Д. Кристианом — сотрудником фирмы
«Holo-Flite International» (CHIA) [72]. В ФРГ они изготавливались
фирмой «Lurgi» под наименованием теплообменника «Holoflite>
в двух- и четырехшнековом исполнениях с взаимозацепляющпмпся
шнеками, но без самоочистки (рис. 32) [71, 731.

В 1961 п 1962 гг. фирмами «В. Thies » и «Werner и. Pfleiderei >
были построены первые многошнековые машины с вращающимися
в одну сторону зацепляющимися полыми шнеками взаимно уплот-
нительного профиля (рис. 33). Вследствие способностп шнеков само-
очищаться на их рабочей поверхности не происходило образования
нежелательных наростов («корки») [74—78].

Рис. 29. «Противоточная дегазация» в машинах с двумя
взаимозацепляющпмпся вращающимися в одном направ-
лении шнеками (1951 г.).

Наиболее важным критерием при оценке дегазационных шнеков
издавна была надежность работы дегазационных отверстий. Было
предложено и апробировано такое количество вариантов геометри-
ческого исполнения дегазационных отверстий в виде однопроходных
«карманов», поворотных отводов или перекрытий (перемычек),
что их невозможно здесь описать. Существенно, однако, указать
на то, что не существует идеальной конструкции дегазационного
отверстия для всех случаев. Применимость и надежность в эксплуа-
тации определенного дегазационного вывода зависит от конкретных
условий процесса дегазации, свойств материала, из которого удаля-
ются летучие вещества, природы и количества летучих компонентов.
При эксплуатации машины для дегазации важно не только предотвра-
тить забивание дегазационного отверстия и тем самым избежать нару-
шения (остановки) технологического процесса. Важно также, чтобы
в отверстиях для вывода летучих не осаждались частицы материала,
которые, например, в течение длительного времени нахождения
на горячих Степках отвода претерпевают нежелательные изменения,
попадают затем снова в машину и ухудшают качество перерабаты-
ваемого материала.

а jPhc. 30. «Противоточная дегазация» в одношнековых машинах (1955 г );

»иекот<ег т ™РЛТДИНеН непосредственно к шнеку II на фланцах; б — шнек I соединен со
noS?={L’®P?3 промежуточный трубопровод; в - шнеки I и II установлены на одном ваэт
Довательпо, прямой поток материала от шнека I к шнеку II отсечен запорным татрой-
ством (материал перетекает через промежуточный трубопровод)' р
1,3 — передаточные линии; 2 — запорное устройство.
Материал

Г13Ы.

* I

Рпс. 31. Четырехшнековый испаритель VDS-V с рабочими органами уплотни,
тельного («беззазорного») профиля и камерой дегазации большого сечения
(1960 г.).

Для обеспечения чистоты дегазационных отверстий был создан
вЯД разнообразных приспособлений. Примером может служить кон-
струкция дегазационного отвода, предложенная Винкельмюллером,
ардменгером и др. Эта конструкция, показанная на рис. 34, обеспе-
^^вает чистоту и надежность дегазационного отвода благодаря двум

Продукт

вспомогательным самоочищающимся шнекам, транспортирующим
материал во внутрь материального цилиндра к основным рабочим
органам машины. В то время, как частицы пластической массы, по-
цадающие в объем дегазационного отвода, вспомогательным двух-
щнековым устройством возвращаются вновь в основную машину,
газы и пары могут свободно выводиться через отверстие [68, 71].

6

Рис. 32. Шнековый теплообменник с противовращающимися полыми шпеками
системы «Holoflite» (1953 г.):

а — схема; б — вид в плане.

Рис. 34. Дегазационная камера с двумя вращающимися
в одном направлении вспомогательными шнеками
(1951 г.):

1 — вспомогательные шнеки; 2 — основные шнеки.

Материал

Теплоноситель



Продукт

Рис. 3.3. Двухшнековый теплообменник с вращающимися в одном направлен!11
полыми шнеками уплотнительного профиля (1961 г.):

а — схема; б — вид в плане.

Разнообразные шнековые испарители широко используются при
Сушке влажного каучука. Кроме применяемых машин ZSK и «Wel-
ding Engineers» были сконструированы новые специализированные
установки [79—81]. Машиной специального назначения является
экструдер «Dryer» производства «National Rubber Machinery Corp»
(США). В первой зоне машины каучуковая крошка отжимается при-
мерно до 10%-го содержания воды, а во второй остаточная влага
Удаляется испарением. На рис. 35 приведена конструктивная схема
описываемого экструдера, наиболее крупная модель которого имеет
в начале конической части шнека диаметр 914 мм, а диаметр цилин-
дрической части 305 мм при суммарной длине —8 м. При мощности
Главного привода 600 кВт и частоте вращения шнека 55 об/мин
Производительность составляет от 2,5 до 3 т/ч по каучуку SBR
[82, 83].

Во многих случаях для сушки синтетического каучука с исход-
ным влагосодержанием —40% до содержания воды в конечном про-
дукте на уровне 0,5% применяют одно шнековые машины без дегаза-
Дйонного отвода (отверстия) в цилиндре. Температура влажного
*®Учука за счет теплоты трения шнека и внешнего обогрева под
давлением повышается приблизительно до 180 =С, и после прохожде-
ния компрессионной зоны (зоны сжатия) с материала мгновенно сни-
мается нагрузка (напряжение). Перегретая под давлением вода мгно-
венно испаряется и выделяется из каучуковой крошки, после чего

Рис. 35. Сушилка для каучука производства «NRM Corp» (1954 г.).

отводится последовательно подключенными устройствами. Описан-
ный способ получил название декомпрессионного испарения или
сушки расширением. Используемые при этом машины называют
экспандер-шнеками [79, 84].

2.6.	ШНЕКОВЫЕ РЕАКТОРЫ

Для проведения химических реакций шнековые машины стали
использоваться только около 40 лет назад. Вначале не создавали
никаких специальных типов машин для реакционных процессов,
а обратились к известным конструкциям, относящимся к группам
шнековых экструдеров, пластикаторов и испарителей. Естественно,
что шнековые машины использовались преимущественно для хими-
ческих реакций таких веществ, которые вследствие своей вязкости
не могут обрабатываться в аппаратах, оборудованных мешалками.

По-видимому, старейшее указание касается процесса полимери-
зации каучука буна в одношнековой машине, проведенного на за-
воде «Schkopau» фирмы «I. G. Farbenindustrie AG» около 1938 г.
Для получения каучука буна 85 бутадиен с помощью дозировочного
насоса направлялся в охлажденную шнековую машину. Двумя
другими дозировочными насосами в качестве регулятора реакции
подавалось небольшое количество диоксана и в качестве катализа-
тора — калийная паста. Шнек имел диаметр 60 мм и длину -~5 м.
При частоте вращения 1,5 об/мин средняя продолжительность про-
цесса составляла 1,5—2 ч, а максимальное повышение температуры
материала доходило приблизительно до 70 °C. При этих технологи-
ческих режимах и мощности привода —30 кВт обеспечивался выход
каучука буна 85, равный ~100 кг/ч. Полимеризат экструдировался
шнеком через формующую головку и покидал машину в виде жгутов.
Таким способом одновременно герметизировался реакционный объем
(камера) в шнековой машине [85]. В 1939 г. В. Рем и В. Мескат,

сотрудники «I. G. Farbenindustrie AG», разработали способ непрерыв-
ной этерификации — получение сложных эфиров целлюлозы в одно-
или многошнековых машинах. При использовании нескольких по-
следовательно подключенных одношнековых машин (рис. 36) не

получалось, однако, вы-
сококачественного продук-
та, поскольку из-за широ-
кого спектра времен кон-
тактирования в одношне-
ковых машинах и «труб-
чатке» отдельные частицы
материала испытывали
очень неравномерную на-
грузку. При использова-
нии системы из нескольких
двухшнековых машин с
зацепляющимися червя-
ками (рис. 37) получается
материал безукоризнен-
ного качества, так как
спектр рабочих времен в
этих машинах значительно
уже, чем для одношнеко-
вых реакторов [86, 87].

Получение твердых
продуктов полимеризации
и поликонденсации с по-
мощью двухшнековых ма-
шин с вращением рабочих
органов в одном направле-
нии было запатентовано
в 1953 г. компанией BASF
(«Ваdischen Anilin- und
Sodafabrik AG») с при-
оритетом обратной силы
от 1943 г. [88].

Машины со шнеками
Уплотнительного профиля,
вращающимися в одном
направлении, разработан-
ные в 1944 г. В. Мескатом

Рис. 36. Технологическая схема процесса
непрерывной этерификации целлюлозы в
одпошнековых машинах:

I — линтер или целлюлоза; 11 — смесь на этерифи-
кацию через ротаметр;

1 — шлюзовый дозатор; 2 — шнековый смеситель;
з — шнековый теплообменник; 4 — шнековый гомо-
генизатор; 5 — напорные шнеки; 6 — змеевик.

И Р. Эрдменгером (см. разделы 2.2 и 2.5), судя по патентному опи-
Санию [27], сначала предполагалось также использовать как шнеко-
Вые реакторы. В качестве примеров следует назвать такие процессы,
как направленная термомеханическая деструкция термопластов
с получением продуктов более низкого молекулярного веса, произ-
водство привитых блок-полимеров [89], стабилизация концевых
г₽Упп полиформальдегида и ступенчатая полимеризация (полипри-
с°единение) полиуретана.
Г. В. Сагалаев, Е. 3. Бокарева и М. С. Акутин (СССР) сообщили
в 1967 г. об опытах, проведенных с помощью машины с противовра-
оборудованными специаль-

щающимися зацепляющимися шнеками,
I

Рис. 37. Технологическая схема процесса
непрерывной этерификации целлюлозы в
двухшнековых машинах с взапмозацепля-
ющимися шпеками:

I — линтер или целлюлоза; II — смесь на этери-
фикацию через ротаметр;

1 — шлюзовый дозатор; 2 — двухшнековые смеси-
тели; з — двухшнековый теплообменник (охлади-
тель); 4 — двухшпековые транспортеры.



ra-

ными месительными эле-
ментами (рис. 38). Приме-
нение этой машины может
с успехом обеспечить ме-
ханохимическпй синтез
различных полимеров с
целью модификации пла-
стических масс [90]*.

В 1952 г. в качестве
шнекового реактора для
процесса ацетилирования
целлюлозы, была впервые
использована машина «Ко-
Kneter» (см. раздел 2.2).
При диаметре шнека 200 мм
и частоте его вращения
50 об/мин была достиг-
нута производительность
600 кг/ч. Для ускоренной
обработки целлюлозы были
применены гребенчатые
шнековые лопасти и спе-
циальные элементы, пред-
назначенные для раздира
целлюлозы на волокна и
установленные в корпусе
машины [30]. Позднее
шнековый пластикатор
был использован для про-
ведения других реакцион-
ных процессов, например
для получения плавиковой
кислоты обработкой пла-
викового шпата серной
кислотой [91].

К реакционным процессам можно отнести также подготовку термо-
реактивных пресс-порошков, при которой, как правило, происходит
дальнейшая конденсация материала до определенной степени поли-

* Дальнейшее усовершенствование двухроторного модификатора для т;р<г
цессов механохимпческого синтеза описано в работе [5] списка дополнительной
литературы. Кроме того, в настоящее время в СССР разработаны шнековые
реакторы-смесители тпиа СН непрерывного действия. По ОСТ 26-01-709—ы
выпускается ряд двухшнековых машин с диаметром шпеков 100; 200; 300 <
400 мм. Производительность реакторов-смесптелей СН составляет соответ-
ственно 0,3; 2,4; 8,0 и 20 т/ч. Машины предназначены для переработки среЛ
с вязкостью в пределах 106 —108 Па^с при рабочей температуре до 300 °C.
Прим. ред.

конденсации. До 1955 г. для проведения этих процессов подготовки
прессовочных композиций использовались почти исключительно
валковые машины (вальць ). В последующие годы проводились много-
численные эксперименты с целью отработки технологии приготовле-
ния термореактивных пресс-материалов на шнековых машинах.
Здесь следует упомянуть о технологическом методе «Stiidli» [93],
по которому использовалась двухшнековая машина типа «Марге»
с противовращающимися шнеками, обеспечивавшая выход ~300 кг/ч
прессовочной композиции.

Существенно большее техническое значение для этой области
применения, а также более высокую производительность имеют
многократно упоминавшиеся машины «Ко-Kneter» и двухшнековые

Рас. 38. Советский двухшнековый пластикатор для проведения меха-
нохимическпх реакционных процессов.

прессы типа ZSK с месительными кулачками. С помощью последних,
например, подготовка пресс-порошков на основе фенольных смол
может проводиться с производительностью до 2,5 т/ч [94—96].

Ф. Бильд и А. В. Джакс, сотрудники лондонской фирмы «Impe-
rial Chemical Industries Ltd» в 1960 г. описали технологию непрерыв-
ного получения гомо- и сополимеров эфиров акриловой кислоты
с помощью одно- или многошнековых машин [97].

В 1963 г. Г. Эллинг предложил способ производства полимеров
И полимеризующихся олефиновых ненасыщенных соединений, отли-
чавшийся тем, что мономерные вещества полимеризуются в процессе
принудительной подачи по реакционной трубе (трубчатому реактору)
при сдвиговых усилиях и одновременной дегазации. Такой трубчатый
реактор с принудительной подачей материала представляет собой
не что иное, как двухшнековую машину с взаимозацепляющимися
рабочими органами [98].

Объектом широких, многосторонних исследований с 1959 г. стал
процесс получения в шнековых машинах полилактамов высоко-
скоростной щелочной полимеризацией. Вихтерль, Щебенда и Кра-
яичек в 1959 г. описали аппаратуру (установку), в которой расплавы
Капролактама, смешанные с катализатором (или сокатализатором),
Закачиваются в экструдер-реактор (рис. 39). В экструдере реакцион-
ная смесь полимеризуется примерно за 25 мин при температуре
О* 225 до 240 СС. В полученном поликапролактаме еще содержится

И до 12% мономерного остатка [99]. Аналогичный способ был
Описан фирмой «Inventa AG». По этой технологии капролактам,
Предварительно смешанный с катализатором (или ускорителем),
’акже подавался в одношпековый экструдер через промежуточную
накопительную емкость. Процесс полимеризации протекал затем
в экструдере в течение 10—20 мпн [100].

Штайнхофер, Дакс, Брюнеман, Шварц и Вильгельм в 1960 г.
впервые описали процесс анионной полимеризации лактама в шнеко-
вой машине, при котором получаемый полпкапролактам непосред-
ственно экструдируется в жгуты, профильные пзделпя, ленты и

исключается необходимость

Рис. 39. Шнековый реактор
системы Вихтерля и др- для
непрерывной полимеризации
капролактама (1959 г.):

1 — резервуар длч капролактама
и(катализатора; 2 — резервуар для
капролактама и ускорителя; з —
экструзионная головка; 4 — кор-
пус шнека (материальный цилиндр);

5 — обогревающая рубашка; в —
шнек; 7 — дозирующие насосы.

тактными гребнями витков

в повторном расплавлении полимера
[101]. Пз-за недостаточной подачи
(малого вынужденного потока) в случае
одношнековых экструдеров неизбежные
колебания активности реакционной
смеси приводят к непостоянству сте-
пени полимеризации и нарушениям
производственного процесса. Последние
возникают, когда, например, при по-
вышении скорости реакции «заполи-
меризовываются» витки шнека в зоне
загрузки, так что прекращается по-
ступление форполимеризата (лактама),
или когда из-за понижения скорости
реакции зона полимеризации сдви-
гается в направлении выхода (ближе
к экструзионной головке), так что
лактам-мономер покидает экструдер.

Указанных недостатков можно из-
бежать, если применить описанный
в 1963 г. Г. Эллингом и Ф. Зарадни-
ком способ полимеризации, преду-
сматривающий использование машины
с взаимозацепляющимися шнеками
уплотнительного профиля, вращающи-
мися в одинаковых направлениях.
Вследствие принудительной подачи
среды и узкого спектра времен реак-
ции, обеспечиваемых ответными кон-
шнеков, с помощью машин подобного

типа удается надежно и с постоянным расходом нагнетать маловязкую
реакционную смесь через высокорязкий расплав образующегося
полилактама. Таким образом можно избежать нежелательного сме-
щения зоны полимеризации [102, 103].

Вторичная конденсация полиамида 6,6 в шнековой машине была
описана еще в 1940 г. Г. Б. Тейлором — сотрудником компании
«Е. J. du Pont de Nemours а. Со» (США) [104]. Э. К. Бернхардт,
О. М. Хан и Дж. Е. Ханзен усовершенствовали эту технологию
и в 1959 г. сообщили об успешных опытах по вторичной конденсаций
с помощью машины с двумя компрессионными шнеками, при которых
вязкость среды повышалась от 1,2 до />1,9 единиц. Расплав полиа-
мида пластицировался при этом под вакуумом с затратами энергий
минимум 0,4 кВт/кг [105]. Другой сотрудник компании «Е. J. du

pont de Nemours а. Со», Дж. E. Парнелл в 1960 г. использовал
для вторичной конденсацпп полпампдов два одношнековых реактора.
Одна из конструкций имела нормальный шнек и материальный ци-
линдр (корпус) овальной формы, который охватывал шнек только
в ©го нижней части, в то время как почти вся верхняя часть была
наполнена в виде зоны (камеры) дегазацпп. В другом исполнении
машина имела корпус круглого сечения п шнек с ленточной винтовой
спиралью, полностью охваченный корпусом. Дегазация могла осу-
ществляться через отверстие в торцевой стенке на выходе [106].

Для обеспечения равномерного времени реакции п обработки
материала с 1967 г. вторичную конденсацию полиамида 6,6 про-
водят в двухшнековых реакторах с зацепляющимися самоочища-
ющимися шнеками уплотнительного профиля типа ZDS-RE [107].
Для вторичной конденсации полиамидов, проявляющих большую
реакционную активность («быстро конденсирующихся» полиамидов),
служат шнековые реакторы типа ZSK.

История производства полиамидов с использованием шнековых
машин является типичным примером развития технологии, которая
переходит от одношнековых к двухшнековым самоочищающимся
реакторам вследствие обеспечения последними высокого качества
получаемого продукта и воспроизводимости рабочих условий.

С 1957 г. известно проведение с помощью шнековых машин про-
цессов термической изомеризации. Я. Ратушки, Ф. Шорм и др.
разработали технологический процесс получения щелочных солей
терефталевой кислоты, в котором термическая изомеризация щелоч-
ной соли терефталевой кислоты проводится в машине с противо-
вращающимися взаимозацепляющимися шнеками [108]. Эти работы
были продолжены в 1962 г. Р. Зинном, Б. Хаусдерфером и А. Вал-
лисом («Badische Anilin- und Sodafabrik») и в 1965 г. И. Неллесом,
К. А. Шумахером, Р. Штрайхером и П. Дрэшером («А ЕВ Chemische
Werke Buna»), а также X. Геррманом («Werner u. Pfleiderer»)
с использованием машин «Ко-Knetei» и двухшнековых шнек-прессов
с месительными кулачками типа ZSK [109, 110].

После 1945 г. на химических заводах «Hills» экспериментальные
исследования процесса «шнековой» полимеризации полибутадиена
были продолжены на катализаторах Циглера. Таким методом
были получены в первую очередь маслосодержащие каучуки, по-
скольку масло использовалось в качестве носителя при дозировке
катализатора. Э. Ф. Энгель сообщил, что с помощью одношнековой
Кашины может быть достигнут часовой выход 3000 кг/м3, однако
Регулирование заданного молекулярного веса сопряжено с труд-
аостями [111].

В 1962 г. под руководством Г. Оккера фирмой «Werner u. Pflei-
егег» была изготовлена шнековая машина, сконструированная
Специально для химических реакционных процессов. Она получила
Название двухшпекового реактора уплотнительного профиля ZDS-R.
ечь идет о машине с двумя вращающимися в одном направлении
^Цепляющимися шнеками уплотнительного («беззазорного») про-
ч®ля, работающей при низкой частоте вращения и большом времени

46

47
Г?"

реакции (1—2,3 ч). Машина (рис. 40) служит в первую очередь
для проведения процесса поликонденсации в производстве поли-
эфирных смол. Работает она в режиме частичного заполнения (в «го-
лодном» режиме), так что витки шнеков постоянно выходят из рас-
плава полимера, непрерывно высвобождая тонкие слои (пленки)
расплава и обеспечивая их вакуумирование. Глубокий вакуум под-
держивается над поверхностью (зеркалом) расплава для дегазации
этиленгликоля, выделяющегося в процессе поликонденсации [112].

Рис. 40. Двухшнекэвый реактор с вращающимися в одном направлении шне-
ками уплотнительного профиля типа ZDS-R для дополнительной поликонден-
сации полиэфиров (1962 г.):

1 — вакуум-дегазационное отверстие; 2 — узел загрузки расплава форконденсата.

В 1967 г. Г. Оккер описал новый способ получения прядильных
растворов полиэфирных смол, по которому в одну непрерывнодей-
ствующую установку последовательно включены три одно- и двух-
шнековых реактора, соединенных со шнековыми смесителями [113].

Модификацией машины ZDS-R является двухшнековый реактор
уплотнительного профиля типа ZDS-RE. К реакционному устрой-
ству этой машины подсоединяется выносной узел для непосредствен-
ной, прямой экструзии расплава полимера через фильеры [107].

В настоящее время имеются признаки того, что шнековые машины
во все возрастающих масштабах будут использоваться для проведе-
ния разнообразных химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Hurlston Е. Н.: Extrusion of natural an d synthetic Rubbers. The Rubber
and Plastics Age, 1957, S. 50. — 2. Schenkel G.: Kunststoff-Extrudertechnik.
Munchen: Carl Hanser 1963, S. 17—24. — 3. Hovey V. M.: History of Extru-
sion Equipment for Rubber and Plastics. Wire, 1961, S. 192—195. — 4. USP
192069 (1876). — 5. D. P. 66944 (1891). — 6. D. P. 18797 (1881). — 7. D. P.
26177 (1883). — 8. D. P. 288770 (1914). — 9. О. P. 35106 (1907). — 10. В. P.
109663 (1916).

11.	USP 1468379 (1920). — 12. В. P. 108638 (1921). — 13. USP 1364549
(1921). — 14. USP 1608980 (1925). — 15. USP 1935050 ' (1930). - 16. USP
1904884 (1929). — 17. USP 2200997 (1937). — 18. DRP 409577 (1923). -
19. DRP 397961 (1923). — 20. USP 2048286 (1933).

’ 21. DRP 652990 ((935). — 22. DRP 682787 (1935). — 23. Kiefikalt S.:
Rnetpumpen in der Verfahrenstechnik Z-DVI Beiheft 1942. 4, 109—111. —
24. DRP 682787 (1935). — 25. DRP 750509 (1941). — 26. Brief von W. Eller-
inann vom 24.1.1968 an den Verfasser. — 2/. DBP 862668 (1944). — 28. USP
2615199 (1945). — 29. DBP 944727 (1949). (Prioritat in der Schweiz 1945). —
30. Mitteilung der Buss AG vom 20.12.1968 an den Verfasser.

31.	USP 2485854 (1948). — 32. DBP 807186 (1950). — 33. DBP 813154
(1949). - 34. DBP 940109 (1953). — 35. DBP 949162 (1950). — 36. DBP 879164
(1951). — 37. DBP 935634 (1953). — 38. Prospekt der Firma J. Eek & Sohne.
Diisseldorf-Heerdt. — 39. DBP 914551 (1951). — 40. USP 2698962 (1952).

41.	B.P. 769106 (1954). — 42. USP 2894280 (1953). — 43. Prat C. J.:
be Melange en continu. Revue generale du caoutchouc, S. 1561ff (1962). —
44. DBP 1142839 (Prioritat 1955). — 45. DBP 1142840 (Prioritat 1956).—
46. DBP 1142841 (Prioritat 1957). — 47. Frenkel M. S.‘. Continuous imposed
order mixerextruder with complementary adjustability. British Plastics. S. 62—
75 und 98—115 (1956). — 48. Sterling Extruder Corp.: New extruder for one
step high-intensity mixing and extrusion of plastics. Modern Plastics, 1966,
s; 52 und 54. — 49. Anonym: Large Scale Transfermix Rubber Lines Rubber
and Plastics Age, 1967, S. 464. — 50. DAS 1177808 (1960).

51.	USP 3154808. — 52. Firma David Bridge & Co. Ltd.: Batch and Conti-
nuous Mixing Systems. Plastics, 1967, Seite 1230—1232. — 53. USP 1246003
(1917). — 54. /\nonym: Kalisalze und ihre Verarbeitung. Kruppsche Monats-
hefte, S. 222-229 (1922). - 55. USP 1941808 (1930). — 56. Mitteilung der
Fried. Krupp GmbH, vom 30.12.1968 an den Verfasser. — 57. Riess K., Me-
skat IP.: Schneckenmaschinen fur die Verfahrenstechnik zahfliissiger und plastis-
cher Massen. Chem. Ing.-Tcchn., S. 205—212 (1951). — 58. Fliess K., Erdmen-
ger R.: Der heutige Stand der Technik kontinuierlicher Prep- und Knetverfahren
in der chernischen und in verwandten Industries VDI-Z. S. 633—638 (1951). —
59. Meskat W.: Der Fliefi- und Entlaugungsvorgang einer Alkaliacellulosefaser-
Suspension in einer Schneckenpresse. Chem. Ing.-Techn., S. 742—748 (1962). —
60. Schreiben von E. Muller, Inhaber der Firma Fritz Miiller in Esslingen, vom.
5.12.1968 an den Verfasser.

61.	Evers WDie Schneckenpresse (Expeller) als mechanische Tronneinri-
chtung fest-fliissig in der chernischen Industrie. Techn. Mitt. Krupp, 1, 39—43
(1961). — 62. DRP 705292 (1937). — 63. DBP 852203 (1943). — 64. DBP 872732
(1944). — 65. DBP 803325 (1948). — 66. USP 1156096 (1913). — 67. USP 1283947
(1915). — 68. DBP 915689 (1951). - 69. USP 2836851 (1955). — 70. DBP 1111154
(1960).

71.	Erdmenger R.: Zur Entwicklung von Schneckenverdampfern, Chem.
Ing.-Techn. S. 751 bis 754 (1962). — 72. DBP 969502 (1953). — 73. Prospekt
• der Lurgi Gesellschaft fur Warmetechnik mbH. Frankfurt: Holoilite Warmeausta-
. uscher. — 74. Hermann HEntwicklungstendenzen bei Aufbereitungsma-
schinen fur die Kunststoff-Industrie. Chem. Ind., S. 603—606 (1962). — 75. Her-
rmann H.: Das Aufbereiten von Kunststoffen in Schneckenmaschinen. Kunststoffe,
S. 845—849 (1965). — 76. Erdmenger R.t Mehrwellenschnecken in der Verfah-
renstechnik. Chem. Ing.-Techn., S. 175—185 (1964). — 77. Kuhn Hr. Dosier-
gerate, Mischer, Kneter, Riihrer. Chem. Ing.-Techn., S. 1306 (1964). — 78. Pro-
spekt der Lurgi Gesellschaft fur Warmetechnik mbH. Frankfurt: Self-cleaning
* Screw Heat Exchanger. — 79. Prospekt der Firma Werner & Pfleiderer, Stuttgart-
Feuerbach uber: Kontinuierliche Kautschuktrocknung 1963. — 80. Street L. F.:
у Extrusion Drying of Rubber. Rubber and Plastics Age, S. 1519 (1960).

81.	Anonym: Extrusion Drying for Synthetic Rubber. Rubber and Plas-
... tics Age, S. 1227 bis 1228 (1961). — 82. Matthews D. L., Phelps H. E.: Goodrich-
Gulf announces operation of Extrusion Dryer at Institute, W. VA. Broschiire der
; Goodrich-Gulf Chemical Inc., Cleveland, Ohio. — 83. Anonym: Extrusion dryer
к turns out low-ash SBR rubber. Chem. Eng. Progr. 8, 80—82 (I960). — 84. Ano-
Hyir: The Expeller-Expander-Dryer Rubber Process. Rubber and Plastics Age,
S. 980—981 (1962). — 85. Ullmanns Encyklopiidie, Bd. 9, S. 341— 86. DBP
fe 4 Заказ 343	49
765441 (Prioritat 1939). — 87. Riess К.' Problems kontinuierlicher Verfahren
in der Verbrauchsgiiter Industrie. Chern. Ing-Techn., S. 457—464 (1955). —
88. DBP 895058 (Prioritat 1943). — 89. Illing G.: Polymer-Legierungen. Kunst-
stoff und Giimmi. S. 275—281 (1968). — 90. Sagalaev G. Г., Bokareva Ё. Z.,
Akutin M. S-: Mill for Mechanochemical Synthesis of polymeric Materials. Uber-
setzt aus: Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, 2, S. 16—17 (1967).

91.	List HReaktionen in zahplastischer Phase. Chern. Ing.-Techn., S. 295—
298 (1965). — 92. USP 2733051 (1952). — 93. Anonym: Continous Production
of Thermoset Moulding Materials. British Plastics S. 123—124 (1967). —
94. Timm Th., Stoltzenberg D., Fettback HHerstellung von Phenolharz-Prefi-
massen unter besonderer Beriicksichtigung des kontinuierlichen Mischverfahrens
mit dem Ko-Kneter. Kautscliuk u. Gummi, S. 206—212 (1965). — 95. Her-
rmann H.: Continuous Production of Phenolic Moulding Materials. Plastics,
S. 1225 bis 1227 (1967). — 96. Druckschrift der Firma Werner & Pfleiderer,
Stuttgart-Feuerbach, Kurzmitteilung 12 der KS-Infonnation (1969): Die kon-
tinuierliche Herstellung von Phenolharzprefjmassen. — 97. DAS 1253459 (1960). —
98. Fr. P. 1416469 (Prioritat 1963). — 99. Fr. P. 1243632 (Prioritat 1959). —
100. Вт. P. 923137 (Prioritat 1960).

101.	Вт. P. 919246 (Prioritat 1960). — 102. USP 3371055 (Prioritat 1963). —
103. Illing G.: Herstellung von Faden, Bandera, Folien und Profilen aus Poly-
amiden dutch eine alkalische Schnellpolymerisation von Laktamen im Extruder.
Kunststoff-Techn. S. 351—356 (1968). — 104. USP 2361717 (1940). — 105. USP
3040005 (1959). — 106. USP 3257173 (1960). — 107. Druckschrift der Firma Wer-
ner & Pfleiderer in Stuttgart-Feuerbach: Zweiwellige Schneckenmaschine fur
Reaktionen ZDS-RE. — 108. Tschech. P. 89919 (1957). — 109. DAS 1191800
(1962). — 110. Schw. P. 457395 (1965).

111.	Engel E. F.: Polybutadiene Rubber. Rubber and Plastics Age, S. 1215—
1221 (1961). — 112. Druckschrift der Firma Werner & Pfleiderer, Stuttgart-
Feuerbach: Zweiwellige Reaktorschneckenmaschine Type ZDS-R 500/3000. —
113. DDR-P 69879 (1967). —
Глава 3

КОНСТРУКТИВНЫЕ тппы

II ПАРАМЕТРЫ ШНЕКОВЫХ МАШИН

3.1.	ШНЕКОВЫЕ ДОЗАТОРЫ

3.1.1.	Основные технологические понятия

Шнековые дозаторы применяются для подачи на переработку
сыпучих материалов (порошкообразных или зернистых) в виде по-
токов с заданным расходом (при непрерывном способе производства)
и определенных парциальных потоков (при периодическом способе).
В противоположность весовому дозированию, осуществляемому
с помощью весов, используется объемное дозирование, при котором
материал или соответствующий удельный (в единицу времени) по-
ток не взвешивается, а дозируется «косвенным» методом, т. е. изме-
рением объема, соответствующего определенной массе.

Для сыпучих материалов отношение массы к объему, который
занимает насыпанный материал, называется насыпной плотностью
и выражается в г/мл или кг/л [1]*. Весовое количество, подаваемое
за один рабочий цикл или в единицу времени, для дозирующих
шнеков, как и для всех объемных дозаторов, остается постоянным
только тогда, когда насыпная плотность дозируемого материала
Тнас = const. По этой причине материалы, насыпная плотность
которых подвержена большим колебаниям, нельзя равномерно дози-
ровать обычными шнековыми устройствами. В таких случаях необ-
ходимо применять весовые дозаторы или специальные шнек-машины,
дополнительно оснащенные весовой системой для компенсации изме-
нений унас (см. раздел 3.1.5).

Насыпная плотность является характеристическим числом, ве-
личина которого в значительной степени зависит от способа измере-
ния, т. е. от методики подготовки порции материала, используемой
в опытах. Однако в рабочем процессе дозирования сыпучий материал
находится обычно под влиянием других внешних условий, чем те,
которые имеют место при лабораторном определении насыпной плот-
ности, Состояние сыпучего материала в верхней части воронки отли-
чается от состояния материала в нижней ее части вследствие влияния
различных внешних факторов, и в свою очередь в шнековых узлах
почти в каждом случае эффективная насыпная плотность отличается
от измеренной. Мешалки в воронке шнека-дозатора в зависимости
от их формы, расположения, частоты и направления вращения

* В принятой международной системе единиц (СИ) насыпная плотность
Измеряется в кг/м8. — Прим. ред.
приводят к дальнейшим изменениям фактической насыпной плотности.
При непроизвольной или вынужденной вибрации сыпучий материал
может уплотняться до максимального значения плотности, которое
считают плотностью утруски. На рис. 41 показан широкий диапазон,
в котором может колебаться значение эффективной (фактически реа-
лизующейся) плотности сыпучего материала в процессе дозирования.

Приведенные рассуждения свидетельствуют о том, что термин
«насыпная плотность» при описании и расчетах дозирующих шнеков
должен применяться с осторожностью. Способность сыпучих мате-
риалов к транспортировке в шнековых дозаторах зависит от свойств
материала, к которым кроме насыпной плотности относятся средний

и



Рис. 41. Плотность сыпучего материала в процессах
дозирования:

1 — область пневматической транспортировки; II — область
транспортировки и дозировки с помощью шнековых машин;
III — область принудительного сжатия и расплавления сыпу-
чего материала;

?нас — насыпная плотность; ув — плотность после встряхива-
ния; у — плотность.

размер частиц, коэффициент равномерности гранулометрического
состава (спектра), форма частиц, сыпучесть, угол естественного от-
коса и влажность.

Все эти факторы и определяют «текучесть» сыпучего материала.
До настоящего времени не разработано надежной методики оценки
способности материалов к «текучести» и параметра, применимого
для расчета производительности и точности работы шнековых доза-
торов. Таким образом, как и прежде, остается полагаться на эмпи-
рические данные по производительности и точности работы дозиру-
ющих шнеков. Первая попытка вычисления производительности
и точности дозирования как функции показателей свойств сыпучих
материалов и технологических параметров работы двухшнекового
дозатора в форме коррелятивного и регрессивного анализа была сде-
лана Д. Либерсом [2] *.

Общим признаком всех шнековых дозаторов является наличие
по крайней мере одного вращающегося в корпусе шнека и бункера
для приема сыпучего материала. Сыпучий материал под действием
силы тяжести попадает в зону загрузки (захвата) шнека и транспор-
тируется последним из наполненной воронки вдоль корпуса наружу.
Производительность устройства варьируется обычно регулированием
частоты вращения шпека.

* Еще задолго до работы Д. Лпберса в Советском Союзе была разработана
теория шнековых дозаторов п транспортеров (винтовых конвейеров) — см.,
например, [6, 7J в дополнительной литературе. — Прим. ред.
Для математического расчета производительности можно приме-
нять следующее уравнение:

G = 0,06£ЯпунагП8	(1)

где G — транспортируемое количество материала, кг/ч; F — полез-
ное (рабочее) сечение шнека (или шнеков), см2; Н — шаг нарезки
шнека, см; п — частота вращения шнека, об/мин; ун.с — насыпная
плотность дозируемого материала, кг/л; р — коэффициент полезного
действия (к. п. д.) шнека; е — коэффициент заполнения шнека.

Коэффициент полезного действия (коэффициент подачи):

т] = Яос.Я<1	(2)

где Но: — эффективный осевой путь материала, отнесенный к од-
ному обороту шнека. Следовательно, к. и. д. при транспортировке
учитывает проскальзывание материала и выражает отношение его
фактического осевого пути к шагу нарезки как максимально возмож-
ному продвижению за один оборот шнека. Он зависит от свойств сы-
пучей массы, геометрических параметров и частоты вращения шнека.
Как правило, коэффициент подачи дозирующих шнеков находится
в пределах т| = 0,64-0,98.

Коэффициент заполнения учитывает фактическое заполнение
межвиткового пространства шнека материалом и при обычных усло-
виях составляет 8 = 0,95 4-1. Однако он может понижаться, если
вследствие плохой сыпучести материала в загрузочной воронке
образуются сводчатые или какие-либо другие образования и посту-
пление сыпучего материала в зону загрузки шнеков затрудняется.
Изменения коэффициента заполнения проявляются в колебании
производительности и соответственно снижении точности дозирова-
ния, поэтому конструкторы дозирующих шнековых машин постоянно
работают над проблемой равномерности загрузки шнеков. Так, были
разработаны загрузочные воронки различной формы, разнообразные
типы мешалок и вибросистем, наиболее соответствующие свойствам
различных продуктов. Эти мероприятия должны также способство-
вать обеспечению постоянной насыпной плотности материала во всей
зоне питания (загрузки) шнека (или шнеков). Для определения
производительности и выбора правильного типоразмера машины
в большинстве случаев достаточно в уравнении (1) принять значения
8 и г], равными единице, и вычислить теоретическую производитель-
ность (расход) по формуле:

бтеор ™ 0,06ЛНп\'нас	(3)

При постоянной насыпной плотности и заданных геометрических
параметрах шнеков функция GTeop = / (п) графически аппроксими-
руется прямой линией.

Под точностью дозирования понимают постоянство трапспортируе-
-мого материального потока. Различают длительное постоянство,
кратковременное постоянство и абсолютное отклонение дозирования.
Протекание процесса дозирования во времени графически показано
на рис. 42. Если количество сыпучего материала G, подаваемое до-
зирующим шнеком, измерять постоянно с помощью силовой месдозы,
непрерывно фиксируя записывающим прибором изменения значений
G за период времени t, то функция (? = /(£) графически изобразится
восходящей линией, имеющей вид синусоидальных волн. Если ход
этой волнистой линии G = f (t) отметить осредневной прямой Gcr,
то угол подъема последней

tga = AG/A« = G	(4)

может служить мерой пропускной способности дозатора за единицу
времени. При постоянстве угла подъема осредненной прямой в

Рис. 42. Ход процесса дозирования во времени.

течение длительною промежутка времени, например нескольких
часов, можно говорить о длительном постоянстве дозирования. При-
чиной отклонений от длительного постоянства могут быть отложения
материала на шнеках и стенках воронок, в результате чего изме-
няются коэффициенты заполнения и полезного действия транспорти-
ровки. Эти отклонения могут быть вызваны также колебаниями
насыпной плотности или других свойств сыпучих материалов.

Если параллельно исходной осредненной прямой Gcp провести
две прямолинейные образующие синусоидальной кривой дозировки
G = / (t), то абсолютное отклонение дозирования AGaCc получается
в виде отрезка, соединяющего обе эти образующие и измеренного
параллельно оси ординат. Абсолютное отклонение А6'абс постоянно
для определенного режима работы. Кроме того, опыты с дозирующими
шнеками показали, что абсолютное отклонение дозирования остается
постоянным даже при изменении частоты вращения шнека; таким
образом, можно предположить, что в основном оно определяется
только геометрическими параметрами шнековой дозирующей машины
[2].
Абсолютное отклонение дозирования, отнесенное к количеству
сыпучего материала AG, поданного за определенный промежуток
времени А/, определяет относительное отклонение дозирования:

Сотн = -^йабс AG	(5)

Используя соотношение (4), записанное в форме

AG = GA?	(6)

получаем:

AGcth = AG26c (G Af)	(7)

Величину относительного отклонения, вычисленную по формуле
(7), называют обычно точностью дозирования. Она относится к опре-
деленной средней пропускной способности и какому-либо отрезку
времени. Очевидно, что относительное отклонение процесса дозиро-
вания тем больше и соответственно точность дозирования тем ниже,
чем меньше отрезок времени, к которому эти величины относятся,
и наоборот. Если время измерений выбрано малым (от 5 до 180 с),
то говорят о кратковременной точности. Выбор интервала времени
при определении точности дозирования зависит от продолжитель-
ности цикла последующей технологической операции. Так, для пи-
тания шнекового смесителя непрерывного действия со средней
продолжительностью цикла 12 мин можно применять дозирующие
шнеки, необходимая точность дозирования которых отнесена к двух-
минутному интервалу, в то время как для шнекового пластикатора
со средней продолжительностью рабочей операции 1 мин желаемая
точность дозирования должна соотноситься не с 2 мин, а, например,
с 10 с, если хотят достичь удовлетворительного перемешивания до-
зируемых компонентов.

Следовательно, в каждом конкретном случае указываемая точ-
ность дозирования должна относиться к определенному отрезку
времени. Все данные о точности дозирования без такого указания
времени, как это, к сожалению, еще часто можно встретить в техни-
ческой лйтературе, не имеют смысла. Наиболее наглядное предста-
вление о пригодности дозирующего шнека для определенного техно-
логического процесса можно получить, если снять кривую G = f (Z),
как показано на рис. 42, причем в этом случае при небольшой про-
должительности измерений можно определить длительное постоян-
- ство дозирования, а при большой продолжительности — кратко-
временное постоянство.

3.1.2.	Одношнековые дозаторы

Одношнековый дозатор (рис. 43) представляет собой простей-
шую форму исполнения этого типа машин. Дозируемый материал
забирается шнеком из воронки, транспортируется и выводится (сбра-
сывается) в виде равномерного материального потока.

Шнеки и корпуса шнеков изготавливают обычно сварной кон-
струкции из листовой стали. С целью точной центровки шнек с обоих
концов вала устанавливается, как правило, в радиально-упорные
конические роликовые подшипники. Для удобства монтажа шнеков,
имеющих различный шаг и глубину нарезки, и тщательной очистки
при перемене типа или цвета материала современные конструкции
выполняются таким образом, что шнек можно легко извлекать из
корпуса со стороны узла выгрузки, отвернув несколько болтов.

Рис. 43. Одношнековый дозатор.

Рис. 44. Машина «Master-Flo-
Feeder» с ленточно-спиральным
шнеком и двойной ленточно-спи-
ральной шнековой мешалкой.

Привод должен обеспечивать плавное (бесступенчатое) регулирование
частоты вращения вала шнека. Для этого применяют трехфазные
двигатели с механическим редуктором или двигатели постоянного
тока, причем диапазон регулирования частоты вращения обычно
составляет 1 : 10. Шнеки-дозаторы, описанные выше, с мешалкой,
установленной в загрузочной во-
ронке, или без нее, изготавливают
фирмы ФРГ «Engelsmann AG», «К.
Kranz GmbH», «Brabender Tecno-
logie KG» и швейцарская фирма
«О. Soder u. Cie. AG» [3, 4].

Очень распространены также до-
заторы, которые вместо сплошного
шнека оборудованы шнеком с лен-
точной спиралью, имеющим опору
с одной стороны. Примерами такого
конструктивного исполнения явля-

ются шнековые машины «Master-Flo-Feeder» производства «Howe
Richardson Scale Со Ltd» (Англия), а также «Acrison Inc» (США)
и «Novadel Ltd» (Англия).

На рис. 44 показана конструктивная схема шнековой машины
«Master-Flo-Feeder», характерным признаком которой является
наличие большой четырехугольной загрузочной воронки с двойной
ленточно-спиральной шнековой мешалкой, транспортирующей ма-
териал к центру [5]. Машина «Novadel-Feeder» (рис. 45) оборудована
высоким цилиндрическим загрузочным бункером, в котором много-
ступенчатая мешалка обеспечивает постоянное равномерное раз-
рыхление сыпучего материала, очистку поверхности стенок и днища
бункера и непрерывную подачу материала в ленточно-спиральный
шнек [6]. Устройство конструкции«Acrison» (рис. 46) характеризуется
Рис. 46. Одношнековый дозатор кон-
струкции «Acrison».

Рис. 45. Одношнековый дозатор
конструкции «Novadel».

Таблица 2

Типы и технические характеристики различных одношнековых дозаторов

Изготовитель (фирма)	Тип	Диаметр шнека, мм	Мощ- ность привода, кВт	Мак сим ал ьная производитель- ность (в кг/ч) при насыпной плотности  тнас = 1 кг/Л	Примечание
«Engel.»-	E 125/1000	125	1,5	200—2000	Сплошной шнек без
mann AG»					мешалки
«О. Soder u.	DSR 60	60	0,5	500	Сплошной шнек,
Cie. AG»	DSR 110	110	0,8	2 000	лопастная мешалка
	DSR 200	200	1,2	8 000	
«Brabender	Стандарт- ный дози-	65	0,75	500	Сплошной шнек без
Technolo-		100	0,75	1 800	мешалки
gie KG»	рующий	120	1,0	3 500	
	-шнек	160	1,0	6 500	
		200	1,5	10 000	
		250	2,0	15 000	
«Howe Ri-	1"	25,4	0,5-1,5	115	Ленточно-вннтово!"!
chardson	iVi"	31,7	0,5-1,5	240	шнек, двойная ленточ-
Scale Co	I1/,"	38,1	0,5-1,5	450	но-спиральная шнеко-
Ltd»	2"	50,8	0,5-1,5	1 200	вал мешалка; шнекам
	3"	76,2	0,7—1,5	3 700	всех диаметров прида-
	4"	102	0,7-1,5	9 000	ются три загрузочные воронки различных размеров
мешалкой с ленточной спиралью, которая расположена концен-
трично с дозирующей спиралью шнека и может вращаться с мень-
шей частотой, чем последняя. Ленточно-сппральная мешалка не
только предотвращает появление сводчатых и прямоугольных обра-
зований при агломерации частиц, но также равномерно разрыхляет
находящийся в рабочей зоне сыпучий материал и придает ему равно-
мерную плотность по всему объему, так что в дозпрующую спираль
рабочего органа подается одинаково подготовленный материал [7].
Точность работы одношнековых дозаторов описанного типа составляет
обычно ±1—2% при интервале рабочего времени 2 мин. В табл. 2
сведены типоразмеры и технические характеристики различных
одношнековых дозаторов.

3.1.3.	Одношнековые вибродозаторы

Чтобы избежать сводчатых (или другой формы) образований агло-
мерированного (спрессованного) материала в загрузочной воронке
и прилипания его к стенкам, а также для обеспечения равномерности

Рис. 47. Шнековый вибродозатор:

/ — ременной зубчатый шкив; 2 — управляемый редуктор; 3 — шнек с лен-
точной спиралью; 4 — корпус шнека; 5 — вибродвигатель; 6 — виброэлемент.

сыпучего материала по плотности вблизи зоны загрузки и постоянного
коэффициента заполнения, фирма «Е. A. Wahl» (США) разработала
в 1958 г. шнековый дозатор, элементы которого (шнек, опоры
шнека, корпус), а также нижняя часть загрузочной воронки и нахо-
дящийся в ней материал в процессе дозирования подвергаются ви-
брации [8]. Колебания возбуждаются вибродвигателем, который
в соответствии с рис. 47 установлен на станине машины. В первых
моделях направление амплитуды колебаний проходило примерно
под углом 45г к осп шнека, позднее колебания были направлены
в основном перпендикулярно к оси шнека, чтобы исключить влияние
вибрации на к. п. д. транспортировки и тем самым на производитель-
ность. Особенно при небольших частотах вращения колебания в на-
правлении осп шнека вызвали бы вибрационную подачу, в результате
которой искажалась бы обусловленная вращением шнека произво-
дительность и ухудшалась бы точность дозирования.

Шнековые вибродозаторы производятся фирмами «Simon Handling
Engineers Ltg» (Англия) и «Brabender Technologie KG» (ФРГ).
Выпускаются как сплошные шнеки с двухсторонней опорой, так
и ленточно-спиральные шнеки с опорой с одной стороны. Точность
дозирования в значительной степени зависит от свойств сыпучего
материала и колеблется от ±1% при времени фиксации параметров
30 с до +2% при времени измерений 3 мин. Диапазон регулирования
частоты вращения шнека и соответственно производительности
составляет 1 : 20. В табл. 3 сведены типоразмеры и максимальная
производительность шнековых вибродозаторов. Мощность двига-
телей привода в зависимости от типоразмеров машин колеблется
в пределах от 0,5 до 1,5 кВт. В конструкциях машин со шнеками
диаметром до 100 мм вибрации с помощью вибродвигателя подвер-
гается вся загрузочная воронка (бункер).

Таблица 3

Типоразмеры и максимальная производительность шнековых вибродозаторов

Диаметр шнека, мм	Максимальная производи- тельность (в кг/ч) при насыпной плотности  VHac = 1-2 кг/л	Диаметр шнека, мм	Максимальная производи- тельность (в кг/ч) при насыпной плотности ?нас=1’2 кг/л
6,5	1,4	22	50
9,5	4	25 5	80
12,5	10	38	310
16	20	51	700
19	30	76	2 000
		101	6 250
		152	21 110

3.1.4.	Двухшнековые дозаторы

Для дозирования сыпучих материалов с неблагоприятными ха-
рактеристиками по текучести применяются двухшнековые дозаторы
с вращающимися в одну сторону взаимозацепляющимися шнеками.
В одношнековых дозаторах влажные и липкие, склонные к агломе-
рации («спеканию») вещества при определенных условиях могут
Задерживаться в межвитковом пространстве шпека и при отсутствии
Осевой подачи вращаться вместе со шнеком, так что процесс дозиро-
вания нарушается или даже практически полностью прекращается.
^Сверхтекучие» вещества (такие, например, как мелкие гранулы
полистирола) ведут себя подобно жидкостям и при статическом
давлении материального столба в загрузочной воронке машины
проявляют тенденцию непосредственно (напрямую) «протекать» че-
рез витки шнека одношнекового дозатора; в этом случае процесс
подачи не будет больше определяться частотой вращения шнека.
В двухшнековых дозаторах с взаимозацепляющимися шнеками эти
явления вследствие геометрии и кинематики сдвоенного шнека устра-
няются, так что удается вполне надежно транспортировать и дози-
ровать влажные и клейкие, а также «сверхтекучие» вещества. Вра-
щающиеся в одном направлении взаимозацепляющиеся двойные
дозирующие шнеки в машинах с лопастной мешалкой в загрузочной
воронке производятся фирмой «О. Soder u. Cie. AG» (Швейца-
рия) [3].

Фирма «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ) производит вращающиеся
в одном направлении взаимозацепляющиеся сдвоенные шнеки-до-
заторы типа ZDS-D с уплотнительным профилем. Шнеки с такой
геометрией пригодны для транспортировки и дозирования не только
порошков, гранул, хлопьев, стружки и крошки, но и веществ, склон-
ных к образованию корки и прилипанию к шнекам, поскольку оба
шнека при небольшом зазоре («игре») * вдоль пространственной кри-
вой очищают друг друга. Поскольку зазор между гребнями витков
и корпусом шнека мал, дозируемый материал не может оседать и
ухудшать процесс дозирования по точности. Описанный шнековый
дозатор называют самоочищающимся. Упомянутые зазоры не могут
быть ликвидированы полностью, поэтому самоочистка рабочих
органов машины не настолько совершенна, чтобы поверхность шне-
ков и стенки корпуса были абсолютно чистыми и блестящими. При
переходе на переработку материала другого цвета машины ZDS-D
обычно приходится чистить. Для облегчения процесса очистки"ма-
шина может быть выполнена с откидным корпусом.

Чтобы обеспечить равномерное заполнение шнеков, в зоне за-
грузки устанавливают мешалку, в то время как вторая мешалка,
расположенная выше в бункере, должна предотвращать слеживание
материала и возникновение сводчатых или прямоугольных образо-
ваний (рис. 48) [10, 11]. Диапазон регулирования частот вращения
дозирующих шнеков типа ZDS-D, приводимых электродвигателями
постоянного тока или через механические редукторы трехфазными
электродвигателями, составляет обычно 1 : 16. Кроме того, произво-
дительность можно варьировать, устанавливая шнеки с различным
шагом нарезки. Точность дозирования с помощью машин ZDS-D,
как правило, находится в пределах от ±1 до ±2% в расчете на время

* Под термином «игра шнеков» в инженерной практике подразумевается
максимальное смещение, которое допускают шнеки в осевом направлении, отно-
сительно друг друга. Этот геометрический параметр во многом определяет ра-
ботоспособность машины, так как слишком малая «игра» может вызвать закли-
нивание шнеков, а большая «игра» вызывает снижение производительности,
повышенный износ опор и даже повреждение корпуса (материального цилиндра)
машины. — Прим., ред.
Таблица 4

Типы и технические характеристики двухшнековых дозаторов

Изготовитель (фирма)	Тип	Диаметр шпека, мм	Шаг нарезки шнека, мм	Диапазон частот вращения щнена, об/мин	Мощность при- вода, кВт	Производитель- ность (В кг/ч) при насыпной плотности, VHac=1 кг''л
«О. Soder	DSDR 35	35	_			0,7	5—200
u. Cie. AG»	DSDR 60	60	—	—	0,8	<1000
	DSDR 110	110	—	—	0,8	<3000
	DSDR 225	225	—	—	2,5	<10 000
«Werner u.	ZDS-D 35/120	35	20	15-250	1,6	15-250
Pfleiderer»			40			30—450
-			60			45-700
	ZDS-D 70/220	70	70	15—250	2,2	230—3700
			80			260—4200
			100			330—5300
	ZDS-D 100/450	100	100	15-250	6,8	700—11 000

Рис. 48. Двухшнековый дозатор типа ZDS-D.

(змерения 2 мин. Данные, приведенные в табл. 4, дают представле-
ние о типоразмерах и технических характеристиках двухшнековых
Дозаторов.

3.1.5.	Дозирующие шнеки с весовой системой

„ Для обеспечения возможности автоматического регулирования
колебаний насыпной плотности, возникающих через длительные
Ввтервалы времени, были разработаны дозирующие шнеки с весовой
|Жстемой. Так, например, двухшнековый дозатор типа ZDS-D
₽м. раздел 3.1.4) был скомбинирован с весовым дозатором в единое
|бьемно-гравиметрическое дозирующее устройство. В конструкции,
представленной на рис. 49, двухшнековая дозирующая машина
с помощью фланца присоединена к весовому бункеру 2 и вместе
с ним. включая находящийся в бункере сыпучий материал, взвеши-
вается месдозамп 1. Через барабанный шлюзовый питатель 5, про-
изводительность которого примерно в 10 раз превышает производи-
тельность дозирующего шнека, материал отбирается из бункера-
хранилища (предбункера) 4 и подается к весовому бункеру 2. Время
заполнения весового бункера составляет — 10 с. Контактный ука-
затель максимального уровня заполнения весового бункера отклю-
чает подачу материала, после чего начинается взвешивание. В то

Рис. 49. Двухшнековый дозатор типа ZDS-D с весовой системой:
1 — месдоза (тензометрический датчик); 2 — весовой бункер; з — дозиру-
ющий шнек; 4 — предбункер; 5 — шлюзовый питатель.

время как дозатор ZDS-D непрерывно выгружает материал из весо-
вого бункера, понижение веса в единицу времени сравнивается
электронной системой с установленным заданным значением. Откло-
нения от заданного значения корректируются автоматически изме-
нением частоты вращения шнека. Когда весовой бункер опорож-
няется до контактного указателя минимального уровня заполнения,
автоматическая система регулирования отключается, и шнековая
машина продолжает работать в режиме мгновенной регулировки,
а бункер снова заполняется. При повторном накоплении материала
до контактного указателя максимального уровня процесс заполнения
весового бункера заканчивается, и автоматика включается вновь.
Дозирующие шнеки с весовой системой описанного исполнения
выпускаются фирмой «Schenck» (ФРГ).

3.1.6.	Дозирующие шнеки периодического действия

Дозирующие шпеки периодического действия служат для подачи
сыпучих материалов в точно отмеренном количестве на последующую
стадию процесса переработки. Поэтому в большинстве случаев
-они применяются в качестве так называемых раздаточных машин
в технологических линиях по упаковке или как загрузочные ма-
шины для периодических процессов смешения.

Принцип работы дозирующих шнеков периодического действия
ясен из рис. 50. В процессе дозирования шнек 1 вращается с опре-
деленной (регулируемой) частотой и сбрасывает соответствующее
этой частоте количество материала. Для предотвращения дальней-

^6

10

Рис. 50. Одношнековый дозатор
периодического действия:

1 — дозирующий шнек; 2 — мешалка;
з — коническая передача; 4 — пред-
бункер; 5 — подающий шнек; « —
клиноременная передача; 7 — элек-
тромагнитная муфта и тормоз; 8 —

электродвигатель;

бункер;

9 — загрузочный

10 — дозировочный канал.

шего высыпания применяют специ-
альные задерживающие приспособ-
ления в виде прерывающих (отсека-
ющих поток) крышек, дорнов или
конических сопел. Шнек устанав-
ливается в цилиндрическом дозиро-
вочном канале 10 с минимально
возможным зазором, что предотвра-
щает налипание дозируемого мате-
риала на стенки канала. Для точ-
ности операции дозирования реша-
ющее значение имеет постоянство
веса столба заполняющего материала
в загрузочном бункере 9. Поэтому
перед бункером 9 предусмотрен еще
один бункер-хранилище (предбункер)
4 больших размеров, из которого ма-
териал подается шнеком 5 в загру-
зочный бункер. Подающий шнек 5
включается в работупо команде ука-
зателя уровня, установленного в за-
грузочном бункере. Мешалка 2 обе-
спечивает постоянную высоту столба
исходного материала и постоянный
коэффициент заполнения дозиру-
ющего шнека. Частота вращения
шнека, о1 которой зависит коли-

чество сбрасываемого материала, может регулироваться механи-
чески или электрически. При механическом управлении дозиру-
ющий шнек вместе с мешалкой приводится во вращение через криво-
шип и сегмент, а также шестеренчатую или коническую зубчатую
передачу. Путем изменения радиуса кривошипа и точной регули-
ровкой сегмента можно изменять частоту вращения шнека. При элект-
рическом управлении (согласно рис. 50) дозирующий шнек и
мешалка приводятся во вращение через клиноременную 6 и кониче-
скую 3 передачи от электродвигателя. Путем включения и выключе-
ния электромагнитной муфты и тормоза 7 дозирующему шнеку
сообщается определенная частота вращения, и он успевает сделать
заданное число оборотов за установленный интервал времени.

Типоразмеры шнековых дозаторов периодического действия опре-
деляются по количеству материала, подаваемого за один цикл. Оно
Находится в пределах от 1 г до 25 кг. Производительность зависит
от возможного числа циклов, которое составляет от 10 до 120 циклов
в 1 мин. На практике возможные количества циклов зависят, однако,
не только от конструкции дозирующего шнека, но и от физических
возможностей обслуживающего персонала и условий работы. В соот-
ветствии с этим устанавливается продолжительность пауз между
циклами.

Описанным способом можно дозировать порошкообразные и гра-
нулированные сыпучие материалы, а также волокнистые вещества
в смеси с порошкообразными материалами при точности дозирова-
ния ±1°6. При этом в периодическом режиме работы под точностью
дозирования понимают максимальное отклонение (в процентах)
действительного веса от заданного за один цикл процесса дозирова-
ния. В случае комкующихся и жирных веществ достигаемая точность
дозирования понижается. Не поддаются дозированию те вещества,
которые начинают плавиться или становятся клейкими под действием
теплоты трения, выделяющейся при быстром вращении дозирующих
шнеков.

Шнековые дозаторы периодического действия выпускаются фир-
мами ФРГ «Fr. Hesser AG» и «Hofliger u. Karg». Характерные типо-
размеры и технические характеристики этих машин приведены
в табл. 5 [12—15].

Таблица 5

Типы и технические характеристики дозирующих шнеков
периодического действия

Изготовитель (фирма)	Тип	Дозирующий шнек		Подающий шнек		Загружаемое количе- ство за цикл (в г) при ?нае=1 кг/л	Максимальные число циклов в 1 мин
		диаметр, мм	частота враще- ния, об/мин	диаметр, мм	частота враще- ния, об/мин		
«Hofliger u. Karg» «Fr. Hesser	DOS IB	8-60	920	60	184	10—250	60
	DOS 3  DOS 6	15—85  15-85	1400  1400	120  150	55  55	100—2500  100-5000	60  60
AG»	AWH 1	40	1000—3000	125	9—80	400	120
	AWH 3a	70	в зависимости	214	6—50	1500	85
	AWH 4a	80	от производи- тельности за-	192	6-50	2500	65
			грузки и за- гружаемого				
			количества			800	
	AWE 2a	45	1000—1500	—	—		120
	AWE 3	80	в зависимости	—	—	2500	10g-
			от природы материала и дозируемого				
			количества				

64

!	3-2- ШНЕКОВЫЕ СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

3.2.1.	Основные технологические понятия

Различают шнековые смесители периодического и непрерывного
действия. В противоположность гравитационным смесителям, в ко-
торых эффект смешения достигается за счет свободного падения
материала и специальной конструкции смесительного бункера,
шнековые смесители относятся к группе смесителей принудительного
действия*. В зависимости от окружной скорости смесительного
инструмента различают сдвиговые, бросковые смесители и смеси-
тели интенсивного действия.

Типичные диапазоны частот вращения для смесителей различных
типов показаны на рис. 51 в зависимости от диаметра смесительного
инструмента [16, 17].

Название «сдвиговый смеситель» указывает на то, что компоненты
смеси смешиваются друг с другом за счет перемещений (деформаций)
сдвига, вызываемых смесительным инструментом. Окружные ско-
рости при этом лежат на уровне 1 м/с и, таким образом, настолько
’'вязки, что смешиваемый материал не подвергается разрушающему
-воздействию и исключаются дополнительные эффекты измельчения.
Рабочая скорость вращения в этом случае всегда ниже критической.
При этом под критической понимают скорость, при которой частицы
'смешиваемого материала получают от смесительного инструмента
столь большое ускорение, что описывают круговую траекторию.
К сдвиговым относятся ленточные шнековые смесители периодиче-
ского и непрерывного действия, изображенные на рис. 54 и 55, и пла-
нетарные шнековые смесители периодического действия, показан-
ные на рис. 53.

Так называемые бросковые смесители отличаются от сдвиговых
прежде всего более высокой скоростью вращения рабочего элемента.
Типичные окружные скорости находятся в пределах от 2 до 6 м/с.
Скорости вращения всегда сверхкритические, чтобы выводить ча-
стицы смешиваемого материала на крутые траектории и бросковыми
(ударными) движениями перемешивать их друг с другом. В то время
'как у сдвиговых смесителей смесительные инструменты имеют форму
Шнеков или ленточной спирали, шнек бросковых смесителей обычно
.разделен на части и преобразован в имеющие форму лопастей секции,
'Как это показано па рис. 57. Форма лопастей выбирается из условий
Создания благоприятных траекторий движения частиц смешиваемого
•Материала. В противоположность смесителям сдвигового действия,
Йочти полностью заполняемым смешиваемым материалом, броско-
®ые смесители ударного действия заполняются только на 60—80%
Жх объема, чтобы оставалось достаточное пространство для перемеще-
ний смешиваемых компонентов. Вследствие разности скоростей между

* Такое подразделение смесителей весьма условно, поскольку в большин-
стве машин принудительный подъем материала в определенную зону сопрово-
ждается последующим свободным падением частиц, что и приводит к эффекту
Смешения. По этому вопросу см. также [4] в дополнительной литературе. —
“Ри.к. ред.

5 Заказ 3 43

65
частицами смешиваемого материала, находящимися на различных
траекториях, в смесителе возникают усилия сдвига, который могут
способствовать разделению агломерата. К категории бросковых
смесителей относятся, например, турбулентные смесители типов Т,

D, мм

Рпс. 51. Диапазоны рабочих скоростей шнековых смесителей.

Н-Т и К-Т производства фирмы «Draiswerke GmbH», лопастные сме-
сители «К. Kranz», вихревые шнековые смесители фирмы «J. Engels-
mann AG» и так называемые дифференциальные шнековые смесители
производства «J. S. Fries Sohn». Все эти машины по конструкции
смесительного инструмента могут быть отнесены к лопастным сме-
сителям.

Для смесителей интенсивного действия характерны значительно
более высокие окружные скорости (15—30 м/с). Смесительный
66

дупструмент, имеющий в сдвиговых и бросковых смесителях выражен-
ную форму шнека, здесь видоизменен до лопаток в виде «ножей»,
цоторые должны вызывать интенсивное отражательное п ударное
действие (см. рис. 58). Вместе с распределением компонентов сме-
шиваемого материала может происходить, разбивание агломерата.



Рис. 52. Конструктивное развитие (а—з) шнеко-
вых смесителей пз транспортирующего шнека.

гиосительно высокая энергия привода в значительной степени пре-
Разуется в теплоту трения, которая приводит как к желательному,
Кик нежелательному нагреву смешиваемого материала. В про-
Ссах подготовки поливинилхлорида (ПВХ) эта теплота исполь-
ется для получения смесей при повышенных температурах (про-
бе «Dry-blends»). Примерами конструкций интенсивных шнековых
Кейтелей являются «Gelimat G» и «Ko-Tornado К-ТТ» фирмы
: 5*	67
«Draiswerke GmbH», а также смеситель непрерывного действия 'ГК
250 фирмы «Rheinstahl Henschel AG». Эти машины могут быть так,о<?
отнесены к лопастным смесителям интенсивного действия.

Может показаться странным, что смесители интенсивного действия,
показанные на рис. 58. отнесены к шнековым, поскольку шнековоя
форма смесительного инструмента в атом случае не очевидна. Если,
однако. проследить за постепенным видоизменением геометрических
форм смесительных инструментов. исходя из нормальных транспор-
тирующих шнеков, то их взаимосвязь станет ясна. Это развитие раз-
личных форм шнеков проиллюстрировано на рис. 52. а—з. Обычный
транспортирующий шнек показан на рис. 52. а. Путем монтал.-i
направляющих пластин, лопастей и кулачков в соответствии
с рис. 52, б и 52, в транспортировка сыпучего материала затруд-
няется и достигается смесительный эффект. Другая возможность улуч-
шения смесительного эффекта заключается в устройстве прорезей
(пазов) в лопастях шнека (рис. 52, с), через которые от витка к витку
может обмениваться сыпучий материал. Если эти каналы прорезать
до тела шнекового вала, то винтовая нарезка шнека будет преобра-
зована в отдельные смесительные лопасти (рис. 52, д'). Если исходить
не из «полной» винтовой спирали, а в соответствии с рис. 52, е
из ленточной нарезки, то с помощью прорезей в ленточной нарезке
.можно получить лопастной шнек, показанный иа рис. 52, ж. Если
эти участки ленточной винтовой нарезки сделать еще более корот-
кими, то в конце получится смесительный вал с лопатками, изобра-
женный на рис. 52, з и характерный для интенсивных смесителей.
Все типы шнеков, представленные на рис. 52, д, 52, ж и 52, з.
подпадают под термин «лопастной шнек». Рабочие органы всех шне-
ковых смесителей для сыпучих материалов отвечают по принципиаль-
ной конструктивной схеме одной из форм шнеков а—з или комбина-
ции этих различных основных форм. Во многих случаях объединяют
также два шнека в одном смесителе с вращением их, как правило,
навстречу друг другу, причем шпеки устанавливают в сдвоенном
корпусе (желобе).

3.2.2.	Планетарные шнековые смесители
периодического действия

Планетарные шнековые смесители применяются предпочтительно
в качестве смесительных бункеров для храпения и гомогенизации
различных партий порошкообразных и зернистых твердых веществ
и, кроме того, в качестве обычных смесителей периодического дей-
ствия*. В бункере, сужающемся книзу на конус, параллельно стен-
кам установлен шнек (рис. 53). Шпек имеет опору в днище бупкера-

* К,ишческпе планетарные смесители описываемого типа широко исполь-
зуются в Советском Союзе для усреднения партий порошкообразного полиэти-
лена и полипропилена перед грануляцией и могут служить примером сочетания
принципов принудительного подъема материала вверх и свободного падения
в другой точке емкости смесителя. Применяются они также для окрашивания
полимеров. — Прим. ред.
смесителя и приводится в движение изогнутым коромыслом (водилом
таким образом, что вращается вокруг своей продольной осп п одно-
временно перемещается по круговой орбите, описывая всю внутрен-
нюю поверхность конического бункера. Смешиваемый материал
транспортируется шнеком вверх и подается ка.кдыи раз но дрсг'Ш
уровень бункера. Смешиваемые компоненты
затру,каются через один или несколько загру-

зочных штуцеров в крышке

----смесь отводится из емко.

Готовая
боковой

----разгрузочный узел, установленный выше днища.
Для сокращения необходимого времени смеше-
ния можно устанавливать два пли несколько
смесительных шнеков.

Такие смесители могут быть сконструиро-
ваны для работы под давлением ~106 Па или
под вакуумом —50 На. Тогда наряду с процес-
сом смешения могут осуществляться процессы

отсоса

дегазации и сушки.

Объемы таких смесителей находятся в пре-
делах от 0,03 до 25 м3. Кроме того, уже изго-
тавливаются смесители объемом 75 м3. Плане-
тарные шнековые смесители производит гол-

ландская фирма «Nautamix п.

под

Рис. 53. Планетар-
ный шнековый смеси-
тель периодического
действия.

названием «Хаи1а-ЫИ7»-смесители; фирма «J. S.
Fries Sohn» (ФРГ) изготавливает шнековые
конические смесители, а фирма «Gericke» —
эпициклоидальные шнековые смесители «Vert-
О-Mix». Как следует из названия, шнек
в смесителе производства «Gericke» описывает

ие ооычную круго-

вуго траекторию вдоль стенки бункера, а эпициклическую кривую,
которая проходит от стенки бункера к центральной оси и назад.
Механизм привода шнекового конического смесителя производства
«J. S. Fries Sohn» обеспечивает перемещение шнека по 14 различ-
ным циклическим траекториям, на которых он совершает возвратно-
поступательные движения мея;ду стенкой (обечайкой) бункера и его
серединой [18—20],

3.2.3. Ленточные шнековые смесители
периодического действия

Ленточные шнековые смесители относятся к разряду сдвиговых.
Опи состоят из горизонтально расположенного корпуса-желоба
и ленточного шнекового смесительного инструмента, имеющего опоры
на обоих торцах корпуса (рис. 54). При этом секции ленточного
шпека установлены так, что смешиваемый материал продвигается
по всем направлениям. Таким образом можно приготовить достаточно
гомогенные смеси порошкообразных или зернистых компонентов
при их соотношениях до 1 : 100000. При этом в процессе смешения
могут вводиться жидкие компоненты. Вследствие относительно
низких окружных скоростей смесительного механизма, равных

примерно 1 м/с, смешиваемый

Рис. 54. Ленточный шнековый сме-
ситель периодического действия.

материал подвергается «мягкой»
обработке без разрушающего воз-
действия. Удельный расход энер-
гии в процессе смешения в зави-
симости от природы материала и
времени пребывания порции мате-
риала в смесителе находится в
пределах от 0,002 до 0,01 кВт -ч/кг.
Опорожнение машины происходит
через отверстие в днище корпуса-
желоба смесителя, которое может
закрываться клапанами, заслон-
ками (шиберами) или вентилями.
Материал для изготовления сме-
сительного инструмента и желоба
выбирается в зависимости от абра-
зивной и коррозионной нагрузок.
Для специальных целей приме-
нения описываемые смесители
изготавливают пригодными для
работы под внутренним давлением
до 2'10® Па или под вакуумом,

Таблица 6

Типы и технические характеристики ленточных шнековых смесителей
периодического действия

Изготовитель (фирна)	Тип	Полезный объем смесительного желоба, л	Мощность привода, кВт
«Werner u. Pfleiderer»	Simplex 5	3	0,3
	Simplex 8	20	1,5
	Simplex 13	80	4
	Simplex 14	200	5
	Simplex 15	400	6
	Simplex 17	800	9
	Simplex 19	1500	17
	Simplex 20	2 000	20
	Simplex 25	4 000	35
«Draiswerke GmbH»	S 20	20	1
	S 80	80	2
	S 250	250	4
	S 700	700	7,5
	S 1 500	1 500	12,5
	S 3 000	3 000	25
	S 6 000	6 000	40
	S 10 000	10 000	50
	S 20 000	20 000	75
	S 30 000	30 000	100
	S 50 000	50 000	150
а также с обогреваемыми корпусами, так что кроме операции
смешения можно осуществлять процессы сушки, термостатирова-
ния и приготовления растворов.

Ленточные шнековые смесители периодического действия изго-
тавливаются среди прочих фирмами ФРГ «Draiswerke GmbH» как
специальные машины серии S и «Werner u. Pfleiderer» под названием
смесители «Simplex». Конструкции отдельных предприятий-изго-
товителей отличаются в большинстве случаев количеством и распо-
ложением участков (секций) ленточных лопастей смесительного ин-
струмента. Полезный объем типичных моделей колеблется в пределах
от 0,003 до 20 м3. Уже созданы крупнотоннажные смесители с рабо-
чим объемом 50 м3. В табл. 6 сведены различные типоразмеры сме-
сителей и их важнейшие технические характеристики [21, 22].

3.2.4.	Ленточные шнековые смесители
непрерывного действия
Ленточные шнековые смесители непрерывного действия отлича-
ются от машин периодического действия более длинным корпусом
(желобом), отношение длины к диаметру которого составляет, как
правило, 3:1. Загрузочное отверстие смещено (рис. 55) в сторону

+

Рис. 55. Ленточный шнековый смеситель непрерывного
действия.

привода, в то время как узел (канал) выгрузки находится на противо-
положной стороне желоба. Ленточный шнековый рабочий орган
выполнен в виде противоточного сдвоенного шнекового смесительного
инструмента с внутренней и наружной ленточными спиралями. Внут-
ренний шнек продвигает смешиваемый материл в направлении
к загрузочному отверстию, а наружный действует в обратном напра-
влении и обеспечивает непрерывный поток материала. Таким об-
разом, в процессе смешения достигается интенсивное возвратно-посту-
пательное движение материала. Средняя продолжительность периода
смешения в ленточном шнековом смесителе непрерывного действия
Модели и технические характеристики
ленточных шнековых смесителей типа K-S

Модель	рабочий объем, л	Мощность привода, кВт	Максимальная произво- дительность (В КГ/Ч) при насыпной плот- ности Тнас = 1 кг/л
K-S 40	40	0,5-1,5	600
K-S 63	63	1-2	950
K-S 80	80	1,5-3	1 200
K-S 150	150	2-4	2 250
K-S 250	250	3-5	3 750
K-S 450	450	4—7,5	6 750
K-S 700	700	5-10	10 500
K-S 1000	1 000	7,5-12,5	15 000
K-S 1500	1 500	10-15	22 500
K-S 2000	2 000	12,5—18	30 000
K-S 2500	2 500	15—25	37 500
K-S 3000	3 000	20—25	45 000
K-S 4500	4 500	25-35	67 000
K.-S 6000	6 000	35-50	90 000
K-S 10000	10 000	50-75	150 000
K-S 20000	20 000	75—100	300 000

составляет обычно —3 мин при коэффициенте заполнения смеси-
теля 75 % .

Ленточные шнековые смесители непрерывного действия выпу-
скаются фирмой «Draiswerke GmbH» (машины серии К-S) объемом
 до 20 м3. Машины этих типоразмеров обладают значительной про-
пускной способностью. Так, ленточный шнековый смеситель типа
 K-S 10 000 с объемом желоба 10 м3 (10 000 л) для смешения материа-
 ’ лов на базе коксового угля обеспечивает производительность 150 т/ч.
, Различные типоразмеры машин и их важнейшие технические харак-
j теристики сведены в табл. 7 122],

I

3.2.5.	Лопастные смесители
периодического и непрерывного действия

Лопастные смесители относятся к категории «бросковых». Для
них характерны окружные скорости смесительного инструмента
от 2 до 6 м/с. Многочисленные типы таких машин, выпускаемые в се-
рийных масштабах, отличаются формой и углом установки, смеси-
тельные шнеки их можно принципиально отнести к трем основным
видам, изображенным на рис. 52, д, ж и з.

Одновальные лопастные смесители непрерывного действия под
названием «вихревые шнековые смесители» производит фирма
«J. Engelsmann AG». Фирма «К. Kranz GmbH» изготавливает одно-
и двухвальные противовращающиеся лопастные смесители непрерыв-
ного действия [23].
Циркуляционный лопастной смеситель периодического и непре-
рывного режима работы был разработан в 1949 г. фирмой «I. S. Fries
Sohn» и получил название «дифференциальный шнековый смеситель
DSM» [24]. Как показано на рис. 56, он был оборудован двумя
смежными корпусами (желобами) с одним лопастным шнеком в каж-
дом из них. Компоненты смеси дозированными количествами поступают
в узел загрузки, перемешиваются первым лопастным шнеком 2
и поперечной лопастью 1, направляются ко второму лопастному
пгнеку 6, где процесс смешения продолжается. При периодическом
режиме работы разгрузочная заслонка (шибер) 5 сначала остается
закрытой, так что материал вследствие действия второй поперечной

Рис. 56. Дифференциальный шнековый смеситель DSM:

/, 4 — поперечные отбойные лопасти; 2 — первый лопастной шнек; з — загрузочный шту-
цер; 5 — разгрузочная заслонка; 6 — второй лопастной шнек.

лопасти 4 вновь попадает в первый желоб машины. В зависимости
от необходимого времени смешения материал в течение нескольких
циклов перемещается таким образом в смесителе до тех пор, пока
не будет достигнуто нужное качество смеси. Если шибер 5 остается
открытым, то возможен непрерывный одноцикличный режим работы.
На валах смесителя установлены перемещаемые транспортирующие
и смесительные лопатки, с помощью которых можно изменять коэф-
фициент подачи и тем самым варьировать производительность машины,
время обработки материала и эффективность смешения. Путем со-
ответствующей установки и регулирования смесительных и транспор-
тирующих лопаток при непрерывном режиме работы удается, напри-
мер, обеспечить высокое качество смешения двух компонентов,
взятых в соотношений 1 : 500. При таких пропорциях компонентов
в смеси машина DSM 500 с рабочим объемом 500 л обеспечивает про-
изводительность от 500 до 1000 кг/ч, когда частота вращения шнека
составляет 270 об/мин, а насыпная плотность смешиваемого мате-
риала равна 1 кг/л. Смеситель DSM, как правило, эксплуатируется
при коэффициенте заполнения —50% и частоте вращения рабочего
органа в пределах от 60 до 400 об/мин. Поскольку в смесителях
этого типа среда сохраняется (не разрушается) в твердом состоянии,
с их помощью можно перемешивать также сыпучие материалы
Таблица 8

Модели и технические характеристики
дифференциальных шнековых смесителей типа DSM

Модель	Рабочий объем, л	Диаметр шнека, мм	Длина шнека, мм
DSM 100	100	200	2Х1400
DSM 200	250	275	2Х1850
DSM 500	500	350	2X 2300
DSM 1000	1000	450	2X2750
DS.M 1600	1600	550	2X3000
DSM 2500	2500	650	2Х 3300
DSM 4000	4000	750	2X4000
DSM 6000	6000	875	2X4400

совместно с распыленными жидкостями [25, 26]. Различные типы этих
машин и их основные характеристики сведены в табл. 8 [27].

Турбулентный (скоростной) смеситель, изображенный на рис. 57,
выпускается фирмой «Draiswerke GmbH» в исполнениях Т и НТ

(лопастные смесители периоди-
ческого действия), а также К-Т
(лопастной смеситель непрерыв-
ного действия). Конструкция
этих машин в принципе анало-
гична конструкции ленточных
шнековых смесителей периоди-
ческого и непрерывного дей-
ствия. Указанные машины раз-
личаются только по конструк-
ции смесительного инстру-
мента. От первоначального лен-
точного шнека в смесителях
моделей Т и НТ остались лишь
четыре секции, которые жестко
закреплены на валу рабочего

Рис. 57. Турбулентный быстроходный органа на четырех опорных
смеситель серии Т.	элементах. По принципу про-

тивотока лопасти отбрасывают
материал к центру корпуса,
а несущие пластины лопастей воздействуют на материал в обратном
направлении. Фирмой «Draiswerke GmbH» подобные машины изго-
тавливались еще в 1906 г. Отношение длины к диаметру для машин
периодического действия составляет 1,12 : 1, а для машин непрерыв-
ного действия 3:1. Модели Т и НТ выпускаются различных типо-
размеров с рабочим объемом от 2,5 до 20 000 л. Турбулентный ско-
ростной смеситель на 20 000 л может быть оснащен приводным
электродвигателем мощностью 240 кВт [28].
3.2.6.	«Интенсивные» лопастные смесители
периодического и непрерывного действия

Так называемые интенсивные лопастные смесителп характери-
зуются окружными скоростями рабочего органа от 15 до 30 м/с.
В качестве примера следует назвать интенсивный смеситель непрерыв-
ного действия «Ko-Tornado К-ТТ» производства фирмы «Draiswerke
GmbH» для приготовления порошкообразных смесей. На рпс. 58
показан типичный смесительный инструмент для больших окруж-

Рпс. 58. Лопастной быстроходный смеситель непрерывного
действия системы «Ko-Tornado К-ТТ».

ных скоростей с лопастями ударного действия. Жидкие компоненты
могут впрыскиваться и распределяться в сыпучем материале. Удель-
ные затраты энергии при определенных условиях могут повышаться
до 0,2 кВт-ч/кг, так что вследствие сильного нагрева смешиваемого
материала могут осуществляться процессы спекания, желирования
(гелеобразования) и пластикации [29]. Модифицированным вариан-
том машины «Ko-Tornado К-ТТ» для осуществления периодических
процессов смешения, желирования и пластикации ПВХ является
модель «Gelimat G» производства той же фирмы «Draiswerke GmbH».
Эта машина выпускается пяти типоразмеров с единовременной за-
грузкой до 50 кг. Их важнейшие технические характеристики при-
ведены в табл. 9. Весь процесс смешения и желирования занимает
только 30—180 с, так что при помощи смесителя «Gelimat G 250»
с объемо.м загрузки в 50 кг в зависимости от состава (рецептуры)
композиции и продолжительности времени обработки можно достичь
пропускной способности от 800 до 2000 кг/ч.
Таблица 9

Модели и технические характеристики смесителей типа «Gelimat G»

Модель	Рабочий объем, л	Величина загрузки ПВХ-композиций, кг	Мощность привода, кВт
«Gelimat G лабораторный»	1,2	0,5	4
«Gelimat G 25»	25	3-5	30
«Gelimat G 80»	80	9—12	90—110
«Gelimat G 250»	250	40-50	250—350

Кратковременность процесса обработки материалов и высокая
установочная мощность привода свидетельствуют о том, что по срав-
нению с обычными лопастными смесителями применение термина
«интенсивные лопастные смесители» для этих машин вполне оправ-
дано [30].

Рис. 59. Смеситель непрерывного действия с лопа-
стями типа «блуждающей звезды» ТК 250:

1 — вал; 2 — корпус; 3 — смесительные лопатки.

Смеситель непрерывного действия ТК 250 с лопастями типа
«блуждающей» звезды в зависимости от частоты вращения рабочего
органа может быть отнесен либо к интенсивным, либо к обычным
лопастным смесителям. В цилиндрическом корпусе 2 смесителя
(рис. 59) на валу 1, имеющем опоры с двух сторон, коаксиально
с определенными интервалами расположены плоские лопатки, кото-
рые транспортируют материал частично вперед и частично в обратную
сторону. Поскольку поступательно подающие лопатки работают
более эффективно, в машине происходит непрерывный процесс сме-
шения. Отличительным признаком смесительного инструмента
является то. что лопатки одной группы установлены в общей плоскости,
наклоненной к осп вала, п таким образом образуют «блуждающую»
(колеблющуюся) звезду, по форме напоминающую лист клевера.
Кромки лопаток одной группы имеют форму эллипса и прилегают
к внутренней стенке корпуса смесителя, в результате чего они служат
скребками. Описанный смеситель с «блуждающей» звездой был раз-
работан в 1960 г. К. Борманом [311.

; Машина ТК 250 была изготовлена фирмой «Rheinstahl Henschel
AG» (внутренний диаметр корпуса 250 мм). При отношении длины
^корпуса к диаметру, равном 6 : 1, на валу смесителя устанавливалась
:21 смесительная лопасть. В зоне загрузочного отверстия лопасти
были заменены двухзаходным питающим шнеком. На выходе машины
располагалась регулируемая разгрузочная заслонка (шибер), с по-
мощью которой можно было задавать продолжительность обработки
материала (рабочий период) и высоту заполнения смесителя. Смеси-
тельный желоб (корпус) можно дополнительно обогревать электро-
элементами или охлаждать воздухом. Жидкие компоненты могут
вводиться через специально предусмотренные отверстия в корпусе.
Смеситель приводится коммутационным двигателем мощностью
44 кВт. Частота вращения рабочего органа смесителя бесступен-
чато регулируется в пределах от 370 до 1360 об/мин. При низкой
частоте вращения машина ТК 250 работает как обычный лопастной
смеситель, в то время как при максимальных оборотах достигается
окружная скорость, характерная для интенсивного лопастного сме-
сителя. При высокой частоте вращения можно получать «горячие»
смеси на основе ПВХ («Dry-blends») с производительностью от 500
до 1000 кг/ч по пластифицированному полимеру и от 1000 до 1500 кг/ч
по жесткому (непластифицированному) ПВХ. Пропускная способ-
ность для обычных сыпучих смесей составляет 1000—1500 кг/ч [32].

3.2.7.	Шнековый смеситель непрерывного действия
системы Френкеля

Сконструированный М. С. Френкелем в 1955 г. одношнековый
смеситель с дополнительной внутренней нарезкой на корпусе при-
меняется не только для смешения пластичных и упруговязких ве-
ществ, но и для порошкообразных и зернистых сыпучих материалов
(см. также раздел 3.3.3). Глубина нарезки конического шнека по-
стоянно уменьшается, в то время как глубина нарезки противолежа-
щих (сопряженных) витков на корпусе соответственно увеличивается
(см. рис. 22); так что обрабатываемый материал непрерывно пере-
мещается между витками шнека и корпуса. В смесителе Френкеля
для перемешивания порошкообразных веществ эффект смешения
достигается вследствие того, что шнек и корпус вращаются в противо-
положных направлениях и с различными скоростями. Сумма объемов
межвитковых каналов внутреннего и наружного ротора (шнека и
корпуса) вдоль всей рабочей зоны остается постоянной, так что
сыпучий материал не уплотняется.
Смесители системы Френкеля для твердых веществ изготавли-
ваются фирмой «G. A. Harvey а. Со Ltd» (Англия) под названием
«Intrablend» двух типоразмеров. Модель IB 55 имеет максимальный
диаметр ротора 140 мм, а зона смешения — длину 380 мм. Приводи-
мый электродвигателем мощностью 3 кВт корпус вращается с частотой
70 об/мин, в то время как частота вращения шнека регулируется
в пределах от 65 до 600 об/мин. В зависимости от природы материала
и технологических режимов достигается производительность от 220
до 3200 кг/ч. Машина наиболее крупной модели IB 75 имеет макси-
мальный диаметр шнека 190 мм и обеспечивает производительность
в пределах от 2200 до 6600 кг/ч [33].

3.3. ШНЕКОВЫЕ ПЛАСТИКАТОРЫ
(ШНЕКОВЫЕ СМЕСИТЕЛИ ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ

И УПРУГОВЯЗКИХ СРЕД)

3.3.1.	Основные технологические понятия

Для повышения эффективности смешения и гомогенизации экстру-
деров были разработаны шнеки, в которых относительно спокойное
течение материала прерывается зонами поворота потока и сдвиго-
вого деформирования. Особенно часто применяют дроссельные
решетки и рассекатели («торпеды»), а также установленные на конце
шнека элементы с дросселирующими зазорами, пластикационные
гребенки и валковые зубчатые устройства.

Дальнейшие последовательные мероприятия по изменению гео-
метрии шнека с целью интенсификации деформаций сдвига и пере-
мешивания пластичной и упруговязкой среды приводят к преобразо-
ванию шнекового экструдера в пластикатор *. Поэтому важнейшими
признаками пластикаторов по сравнению с обычными экструдерами
являются специальная геометрическая конфигурация рабочего ор-
гана, которая вызывает постоянные отклонения и изменения мате-
риального потока и обеспечивает возникновение больших напряже-
ний сдвига, а также высокая установочная мощность привода для
осуществления интенсивного процесса пластикации.

Процессы разделения в шнековых пластикаторах. Во время
процессов диспергирования агломераты твердых компонентов дол-
жны быть разделены до отдельных частиц, образовавшиеся частицы
смочены и смоченные первичные частицы равномерно распределены
в жидкости. Типичным примером процессов диспергирования явля-
ется окрашивание пластических масс так называемыми свободными
пигментами. Для отдельных (элементарных) процессов, происходя-
щих при диспергировании (разделение, смачивание и распределе-

* В данном случае термином «пластикатор» автор обозначает машины, пред-
назначенные только для перевода твердых веществ в пластичное (вязкотекучее)
состояние. Функции экструдеров шире, так как помимо пластикации осуще-
ствляется оформление изделии при продавливании пластической массы через
формующий инструмент. Понятия «экструдер» и «пластикатор» не могут быть
I азгранпченьг четко, поскольку в экструдерах имеется технологическая зола
пластикации. — Прим. ред.
ние). невозможно указать временную последовательность в том
смысле, например, что какая-то конкретная частица сначала разде-
ляется (разрушается), возникающая при это.м новая граничная
поверхность затем смачивается и, наконец, разделенная и смочен-
ная частпца распределяется в расплаве. С большим основанием
можно предположить, что агломераты сначала смачиваются и только
в результате ослабления сил сцепления вследствие смачивания ста-
новится возможным их разделение. Вероятно, по топ же схеме в про-
цессе распределения будут участвовать и более грубые (неразделен-
ные) частицы пигмента. Следовательно, правильное толкование
и описание всего процесса диспергирования должно исходить из того,
что три основных (элементарных) процесса (разделение, смачивание
и распределение) протекают параллельно друг другу [34|.

Рзаделение агломератов происходит под действием напряжений
сдвига, возникающих при сдвиговом течении. Нагружение частиц
при сдвиговом течении подробно исследовал II. Рааш [35]. Он опре-
делил, что шарообразные частицы совершают между отдельными
слоями ламинарного потока вращательное движение с угловой ско-
ростью '

со --= < /2

В уравнении (8) величина у является градиентом скорости сдвига
в потоке. В результате возникающих центробежных сил частицы
подвергаются нагрузке, которой, однако, для случая сдвигового
течения сред с высокой вязкостью (расплавы полимеров) можно
пренебречь. Частицы вследствие различных скоростей движутся
навстречу друг другу, отклоняясь от своих траекторий перед соуда-
рениями. Важное соотношение, предложенное Раашем для расчета
напряжения сдвига, возникающего в частице твердого вещества
в процессе сдвигового течения, имеет вид:

тт.-.2Жтж	(9)

где тт — напряжение сдвига в частицах твердого вещества; тж —
напряжение сдвига в жидкости пли расплаве, окружающих твердые
частицы.

Следовательно, возникающее в частицах твердого вещества на-
пряжение сдвига, которое после преодоления сил связи приводит
к разделению частиц, прямо пропорционально напряжению сдвига
в окружающей жидкости или расплаве. Поэтому при диспергирова-
нии в пластикаторах важно создавать в пластичной и упруговязкой
среде по возможности высокое напряжение сдвига. Для простого
случая ньютоновской жидкости справедливо уравнение:

Г . 4Y	(10)

где ц — вязкость жидкости.

Возникающий в шнековых машинах градиент скорости сдвига
прямо пропорционален окружной скорости смесительного или пла-
стицирующего инструмента и обратно пропорционален величине
зазора между рабочим органом машины и внутренней стенкой ма-
териального цилиндра.

Энергия, которая преобразуется в текущей вязкой системе,
составляет *:

/? = TV = 11V2	(11)

Уравнение (10) свидетельствует о том, что напряжение сдвига,
возникшее в пластической среде, тем больше, чем выше окружная
скорость месительного инструмента и чем меньше зазор между ин-
струментом и стенкой корпуса машины, где реализуется сдвиговое
деформирование. Из уравнения (11) следует, что выделяющаяся
в вязкой системе энергия и, следовательно, образующееся при этом
тепло возрастают пропорционально квадрату градиента скорости
сдвига. Поскольку вязкость расплавов, как правило, уменьшается
с повышением температуры**, следует обеспечивать интенсивное
охлаждение пластикаторов для того, чтобы высокий градиент ско-
рости сдвига не приводил к чрезмерному повышению температуры
материала и тем самым к понижению вязкости и напряжения сдвига
в системе3*.

В большинстве случаев при переработке пластичных и упруго-
вязких систем приходится иметь дело с неньютоновскими жидкостями,
у которых вязкость является не только функцией температуры,
но и напряжения сдвига4*. Поэтому при расчете напряжения сдвига,
реализуемого в таких системах, необходимо знать кривую течения
соответствующего материала, которая выражается обычно как
функция т = / (у) при заданной постоянной температуре. Расчет
градиента скорости, возникающего в шнековой машине, предста-
вляет собой весьма сложную задачу, поскольку в общем случае
имеется не постоянный, а меняющийся по участкам градиент скорости
сдвига. Так, в зазоре между гребнем шнека и стенкой корпуса вели-
чина градиента скорости сдвига у максимальна, а в межвитковом

* Величину произведения ту принято называть мощностью внутреннего
трения. Выражение Е = т]у2 справедливо только для ньютоновских жидко-
стей. — Прим. ред.

** Изменение вязкости расплавов полимеров с температурой может быть
описано экспоненциальным уравнением Аррениуса: т] = Ae~E^RT. В этом соот"
ношении величина Е, характеризующая чувствительность вязкости к изме-
нению температуры, называется температурным коэффициентом вязкости пли
энергией активации вязкого течения. — Прим. ред.

3* Приведенное рассуждение подразумевает постоянство расхода. Сле-
дует отметить, что чрезмерное повышение температуры нежелательно не только
с позиции гидродинамических условий работы, о которых говорит автор, но
и вследствие возможной термической деструкции полимеров, существенно
понижающей физико-механические показатели свойств получаемых изделий. —
Прим. ред.

** Явление зависимостп эффективной вязкости расплавов и растворов
полимеров от величины напряжения сдвига наступает при переходе к неньюто-
новскому режиму течения (так называемая аномалия вязкости). Поскольку
ньютоновское течение реализуется только при очень низких значениях г п у,
расплавы полимеров перерабатываются практически всегда в условиях ано-
мально-вязкого теченпя. — Прим. ред.
канале, т. е. между телом шнека и стенкой цилиндра, величина у
минимальна.

Градиенты скоростей сдвига, реализуемые в пластикаторах,
находятся в пределах от 10 до 15 000 с-1. В зависимости от геомет-
рии шнека для каждой машины можно определить средние величины
градиентов скоростей, для которых типичны значения в интервале
от 100 до 500 с-1*.

Протекание во времени процесса смачивания описывается урав-
нением Вошберна:

где t — время проникновения расплава в капилляры агломератов;
к — коэффициент, характеризующий форму капилляров; I — глу-
бина проникновения; т] — вязкость жидкости или расплава; г —
радиус капилляров или пор; у2 — величина поверхностного натя-
жения жидкости; 9 — краевой угол; у20 — так называемое напряже-
ние смачивания.

Согласно уравнению (12), время, необходимое для смачивания
порошка, увеличивается пропорционально квадратам коэффициента
формы капилляров и глубины проникновения и, кроме того, ли-
нейно возрастает с увеличением вязкости окружающей среды. Время
смачивания, наоборот, сокращается, если напряжение смачивания
<у20 и радиус пор агломерата возрастают.

Таким образом, для быстрого смачивания необходимо стремиться
к созданию пониженной вязкости системы. Хорошо известно, что
вязкость жидкости, как правило, понижается при повышении тем-
пературы. Эта рекомендация противоречива, поскольку для обеспе-
чения эффективного распределения, достигаемого при высоких
напряжениях сдвига, необходимо работать при высокой вязкости
и, следовательно, при низкой температуре. Из указанных тенденций
вытекает, что нужно стремиться к некоторым оптимальным вели-
чинам вязкости и температуры переработки при диспергировании
твердых веществ. Оптимальные величины т] зависят от того, какой
процесс в большей степени влияет на скорость диспергирования —
распределение или смачивание. На описанных теоретических зави-
симостях основывается рекомендация, часто используемая в техно-
логической практике: для оптимизации процесса распределения
сначала задают относительно низкую температуру, а затем темпера-
туру повышают для улучшения смачивания.

Диспергирование можно оценить путем наблюдения тонких про-
зрачных слоев при соответствующем увеличении (под микроскопом) **.

* Расчеты с использованием средних скоростей сдвига часто оказываются
неточными и недостаточными. Методики расчета эффективных скоростей и на-
пряжений сдвига в шнековых машинах изложены, например, в работах [2—4, 8],
Приведенных в дополнительной литературе. — Прим. ред.

** Методы оценки распределения частпц (диспергирования) см. в рабо-
тах [3, 4], указанных в дополнительной литературе. Методика, приводимая
автором, является лишь качественной п может служить только для предвари-
тельной оценки. — Прим. ред.
В качестве примера на рис. 60 иллюстрируется методика фирмы
«Bell Telephone» для оценки качества дисперсии сажи в расплаве
полиэтилена. На фото а показано хорошее распределение частиц
сажи в полиэтилене, в то время как на фото б и в представлено пло-
хое распределение сажи, присутствующей в виде относительно
больших агломерированных частиц 1361.

Процессы распределения в шнековых пластикаторах. Если при
разделении (измельчении) перемещение отдельных частиц необхо-
димо лишь настолько, чтобы каждая элементарная частица могла

Рис. 60. Оценка качества распределения сажи в полиэтилене по методике
фирмы «Bell-Telephone» (увеличение X 100):

дисперсия частиц сажи в полиэтилене: а — хорошая; б, в — плохая.

равномерно обволакиваться окружающей жидкостью, то процесс
диспергирования (распределения) связан с перемещением отдельных
частиц на относительно большие расстояния. Для этого процесса
в вязких жидкостях также нужны сдвиговые усилия, поскольку
значения критерия Рейнольдса при течении обычно не превосходят
единицу. Однако силы, способные вызвать перемещение отдельных
частиц, как правило, намного меньше усилий сдвига, необходимых
для преодоления сил связи в агломератах. Заданное значение кон-
центрации компонентов смеси при распределении должно обеспе-
чиваться во все уменьшающихся объемах. Частицы среды должны
постоянно изменять скорость и направление (траекторию) течения,
чтобы все время обгонять друг друга и перемешиваться между собой *.

Для более полной характеристики процесса смешения в пласти-
каторах, как и в других шнековых машинах, различают смешение
в поперечном и продольном направлениях. Под смешением в по-
перечном направлении понимают эффект смешения, имеющий место
в относительно тонком объемном слое, перпендикулярном оси шнека,
примерно в пределах объема одного межвиткового канала шпека.

* Теоретические основы процесса смешения достаточно подробно изложены
в работах [3, 4], приведенных в дополнительной литературе. — Прим. ред.
Смешением в продольном направлении называют эффект смешения,
оцениваемый в достаточно широких слоях массы, параллельных
оси шнека и охватывающих несколько межвитковых каналов шнека,
т. е. в относительно больших объемах среды. Эффективность про-
дольного смешения важна при раздельном дозировании различных
компонентов. Вследствие продольного смешения в шнековых маши-
нах выравниваются (нивелируются) в большинстве случаев неизбеж-
ные неточности и колебания дозировки. Эффективность продольного
смешения можно охарактеризовать
спектром эффективных рабочих вре-
мен шнековой машины, в данном
случае пропорциональным расстоя-
нию между точками перегиба на
«спектральной» кривой (рис. 61).
Небольшое расстояние между точ-
ками перегиба на кривой отвечает
низкой эффективности смешения
в продольном направлении, в то
время как значительное расстояние
указывает па более эффективное
смешение. Эффективность продоль-
ного смешения в шнековой машине
зависит от ее геометрических пара-
метров, частоты вращения шнека,
вязкости материала и производи-
тельности. Что касается степени
продольного смешения, то здесь
нет принципиальных различий между
одно- и двухшнековыми машинами.
В определенных двухшнековых ма-
шинах продольное смешение может
быть при соответствующих усло-
виях таким же или даже более эффек-
тивным, чем в одпошнековых ма-
шинах.

При оценке продольного смешения в многошнековых машинах
по Эрдменгеру необходимо учитывать режим работы системы. Рас-
сматривая двухшнековую машину как насос (коловратного типа),
Эрдменгер указал па то, что система может работать в условиях
сплошного осевого потока («закрытый» режим смешения), либо
в условиях несплошпого осевого потока, т. е. в режиме «всасывания»
и «проталкивания» («открытый» режим смешения).

В многошнековых машинах, работающих как насосная система
со сплошным («уплотненным») осевым потоком, продольное сме-
шение, естественно, невозможно. В этом случае материал транспор-
тируется в закрытых камерах шнековой мешипы как «пробка». В двух-
шнековых машинах, работающих в «открытом» режиме смешения,
продольное смешение при определенных условиях может быть даже
более эффективным, чем в одношнековых машинах [37J.

Время

Рис. 61. Спектры эффективных
рабочих времен (времен пребыва-
ния) шнековых машин с различ-
ным продольным смешением и са-
моочисткой.
В качестве характеристической величины для оценки продоль-
ного смешения можно использовать период эффективного рабочего
времени, за которое при определенных технологических режимах
может выравниваться концентрация периодически вводимого инди-
каторного вещества. Эта допустимая величина периода t3. р является
непосредственно определяемой и практически используемой коли-
чественной мерой оценки процессов продольного смешения. Правда,
в качестве абсолютной величины она характеризует только данную

Рис. 62. Прессованная пластина Рис. 63. Гомогенная прессованная
с характерными разводами («шли-	пластина без разводов,

рамп»).

конкретную машину и определенный рабочий режим (состояние).
Безразмерным характеристическим параметром, не зависящим от
размеров машины, является так называемый коэффициент продоль-
ного перемешивания Ml, который позволяет сопоставлять различ-
ные шнековые смесители и рабочие условия:

=	р/?	(13)

В выражении (13) величина 7 — среднее время спектра эффектив-
ных рабочих времен.

Для оценки качества смешения различных материалов разрабо-
тано много методик*. В качестве примера можно упомянуть простой
способ оценки по стадиям распределения в окрашенных пластиче-
ских массах. Как показано на рис. 62 и 63, из окрашенного пластика
изготавливают прессованные пластины, которые исследуют в про-
ходящем свете на наличие характерных полос (свилей) и различий

* См. примечание на стр. 81.
до тону окраски. На рис. 62 показана пластина, отпрессованная
дз окрашенного с помощью концентрата («выпускной формы») поли-
стирола, который был получен в экструдере при низкой эффектив-
дости смешения. На рис. 63 представлена прессованная пластина
без полос из того же материала, который был переработан па шнеко-
вом пластикаторе.

Эффективное рабочее время и самоочпстка. Для шнековых машин
нельзя строго определить эффективное рабочее время, а можно
только говорить о спектре рабочих времен. Для пластикаторов,
как и для шнековых машин вообще, различают четыре принципиально
различных спектра эффективных рабочих времен (рис. 61, а—г).
Во всех четырех случаях спектр рабочих времен шнековых машин
аналогичен спектру времен контактирования в каскаде емкостей
(аппаратов) с мешалками. Двумя важными характерными величи-
нами, с помощью которых можно оценить работу различных шнеко-
вых машин, являются расстояние п между точками перегиба «спект-
ральной» кривой и общая ширина b спектра. Как уже указывалось
выше, расстояние между точками перегиба на кривой п характери-
зует так называемое продольное смешение, которое может быть
реализовано в данной шнековой машине. Общая ширина кривой
спектра Ъ, наоборот, во многих случаях в значительной степени
определяется длинновременным «хвостом» эффективных рабочих
времен. Расширение спектра за счет длинных рабочих времен вовсе
не означает высокой эффективности перемешивания в продольном
направлении, а указывает только на низкую способность машины
к самоочистке.

Для характеристики эффективности самоочистки лучше всего
использовать так называемую длительность периода самоочистки
машины:

s = b — п	(14)-

Чем больше длительность периода времени s, тем ниже способ-
ность машины к самоочистке. Используя среднее эффективное ра-
бочее время t в качестве сравнительной величины для оценки само-
очистки при различных режимах работы и различном среднем эф-
фективном времени, можно получить безразмерный характеристи-
ческий параметр:

Для шнековых машин параметр s/t всегда больше единицы.
Чем больше указанный параметр, тем ниже эффективность само-
очистки. При этом под средним эффективным рабочим временем
Следует понимать время, за которое половина частиц материала,
охваченных спектром рабочих времен, проходит через машину.
Среднее эффективное рабочее время определяется, таким образом,
По спектру как абсцисса тех параллельных оси ординат линий.
Которые делят площадь под кривой спектра на две одинаковые части.
Рис. 61, а, например, соответствует пластикатору с незначительным
продольным смешенном и низкой способностью к самоочистке.
На рис. 61, б показана кривая, характерная для эффективного про-
дольного смешения (также при плохой самоочистке). Кривые, пред-
ставленные на рис. 61, виг, имеют вид, типичный для двух пластп-
каторов соответственно с незначительным и большим продольным
смешением при относительно хорошей способности машин к само-
очистке.

Если среднее рабочее время t нельзя почему-либо определить
по спектру рабочих времен, то его можно вычислить по следующему
уравнению:

7 = Ve/v	(16)

где V — свободный объем шнековой машины; и — часовая объем-
ная производительность; е — степень заполнения машины.

Использованию уравнения (16) часто препятствует то, что сте-
пень заполнения машины неизвестна. Поэтому с помощью этого
уравнения часто решают обратную задачу: вычисляют степень
заполнения машины е после экспериментального определения вели-
чин t и и.

Процессы теплообмена в шнековых пластикаторах. Подвод энер-
гии путем внешнего обогрева корпуса (материального цилиндра)
и шнека имеет для процессов смешения и гомогенизации, проводи-
мых в пластикаторах, второстепенное значение, поскольку подавля-
ющая часть энергии, необходимая для расплавления (пластикации)
перемешиваемого материала, обеспечивается путем перехода мощ-
ности двигателя привода в теплоту трения. Это наиболее быстрый
и «равномерный» способ повышения температуры, так как теплозая
энергия образуется непосредственно в обрабатываемом материале *.
Во многих случаях внешний обогрев требуется только при пуске
пластикатора в работу или для компенсации тепловых потерь от иг лу-
чения.

Важнейшее значение для оценки пригодности шнекового пласти-
катора имеет, как правило, экфективность системы охлаждения ма-
шины, поскольку сдвиговые деформации, необходимые для гомогени-
зации или диспергирования, без эффективного отвода тепла приво-
дили бы по различным причинам к нежелательному повышению тем-
пературы материала. При воздействии чрезмерно высоких температур
ухудшается качество термочувствительных материалов (например,
пластических масс). Кроме того, в результате повышения темпера-
туры и связанного с этим уменьшения величины вязкости понижается
эффективность процессов диспергирования и гомогенизации. Обычно
для того чтобы выдерживать заданный температурный режим в шне-
ковых пластикаторах, необходимым оказывается водяное охлажде-
ние корпуса машины и, по возможности, шнека.

* Режим работы шнековых машин без теплообмена с окружающей средой,
только за счет перехода в теплоту мощности внутреннего тренпя матерк.-’.ла
называют адиабатическим. При очевидных достоинствах адиабатических про-
цессов проведение их сопряжено с опасностью термической деструкции по ти-
меров, вызванной большими тепловыделениями в материале. — Прим, ред.

? Тепло, которое необходимо отводить в процессе охлаждения шне-
кового пластикатора, вычисляют по следующему уравнению:

Qoxn — FK At	(17)

|гДе <2охл ~ отводимое количество тепла; F — внутренняя поверх-
ность матерпального цилиндра; К — коэффициент теплопередачи
Системы; At — так называемый температурный напор, или градиент,
е. перепад между температурой материала п средней температурой
^охлаждающей воды.

( При этом предполагается, что охлаждается только материальный
цилиндр (корпус). Коэффициент теплопередачи системы складывается,
Жак обычно, из коэффициента теплоотдачи охлаждающей воды к кор-
даусу, коэффициента теплопроводности стенки корпуса и коэффици-
ента теплоотдачи от обрабатываемого материала к стенке цилиндра.
(Последний коэффициент до настоящего времени можно определить
(только эмпирически, так что и коэффициент теплопередачи К всей
.системы может быть определен только экспериментальным путем.
.Величина К в первую очередь зависит от вязкости перемешиваемого
материала, его смачиваемости, частоты вращения шнека, толщины
пленочного слоя материала, прилипающего к поверхности стенки
корпуса, и периода времени обновления этого пленочного слоя ма-
териала. Поскольку три последних фактора зависят в основном от
геометрических параметров шнека, достигаемое значение К даже
(В одинаковых технологических процессах может быть различным
в зависимости от конструкции рабочих органов пластикатора. Для
(ориентировки в качестве примера можно указать, что величина К
(для шнекового пластикатора ZSK при водяном охлаждении мате-
риального цилиндра в зависимости от режима работы и свойств ма-
териала лежит в пределах от 465-10~3 до 1160-10-3 кВт/(м2-°С).
г Поскольку тепловой напор (градиент температур) меняется
(до длине корпуса машины, уравнение (17) необходимо применять
По участкам. Это справедливо также для расчета энергетического
(баланса охлаждаемого шнекового пластикатора согласно следу-
ющему уравнению:

Qc ~ Стр = Qm -{- Сохл	(18)

Где <2С — количество тепла, поступающее с сырьем; (Z, — количе-
ство тепла, отводимого с выходящим материалом; QT(, — теплота
внутреннего трения, выделяющаяся в результате сдвигового дефор-
мирования материала; (?0XJI — количество тепла, отводимого при
Охлаждении.

| Для охлаждаемого шнекового пластикатора, питаемого распла-
вленным материалом, уравнение (18) может быть записано в виде:

Gcp (1вых — 1вх) FK А/ = CxF Dn	(19)

гДе G — часовая производительность (пропускная способность) шне-
кового пластикатора; ср — удельная теплоемкость перерабатываемого
|смешиваемого) материала; <вых — температура материала на вы-
воде из пластикатора; iBX — температура материала на входе
в пластикатор; F — внутренняя поверхность материального цилиндра
(корпуса); D — наружный диаметр шнека; п — частота вращения
шнека; т — напряжение сдвига в материале; С — коэффициент
пропорциональности.

Следовательно, если Qc и QM при известной удельной теплоем-
кости или энтальпии материала можно легко вычислить, то для опре-
деления величины (?тр должен быть известен средний градиент ско-
рости сдвига уср и кривая течения т = / (у). Для вычисления вели-
чины Qolln по уравнению (17) необходимо экспериментальным путем

L

Рис. 64. Изменение температуры материала по длине пла-
стикатора для нескольких постоянных значений коэффици-
ента теплопередачи (Кг < К2 < К3):

1 — К,; 2 — Kt\ 3 — К,.

определить значение К. Если переписать уравнение (19) в дифферен-
циальной форме, то, решая его, можно по температуре t определить
температуру материала ipbIX, устанавливающуюся на выходе шнеко-
вого пластикатора, и, кроме того, найти распределение температуры
по длине пластицирующей шнек-машины. На рис. 64 изображены
типичные кривые распределения температуры материала по длине
шнека для различных значений К при прочих равных параметрах
машин и показателях свойств материалов для люоого пластикатора.

Производительность шнековых пластикаторов. Производитель-
ность пластикатора совершенно по-разному зависит от соответству-
ющих рабочих условий и технологии процесса. Пропускную способ-
ность можно определить в первую очередь по объемной производи-
тельности подачи (транспортировки), мощности привода и так
называемой теплообменной способности машины. Для шнековых
испарителей, например, она определяется в большинстве случаев,
исходя из энергии, затрачиваемой на дегазацию и испарение, а для
шнековых реакторов, исходя из заданного (необходимого) рабочего
времени.

Для определения объемной производительности транспортировки
(пропускной способности) можно применить уравнение (1), уже

использованное выше для расчета производительности шнековых
дозаторов. Оно имеет тот недостаток, что к. п. д. транспортировки 1]
и степень заполнения е в большинстве случаев неизвестны и могут
быть определены только опытным путем. Другой же общеупотреби-
тельной формулы для расчета производительности шнековых пласти-
каторов пока неизвестно. Для расчета пропускной способности
риековых пластикаторов, работающих в так называемом «открытом»
режиме осевого всасывания, можно использовать известное из тео-
рии одношнековых экструдеров уравнение*:

G = Gnp—Рсбр	(20)

Вынужденный (прямой) поток (тпр рассчитывается как

СПр = аРпрпр	(21)

а обратный поток Go6p может быть определен из уравнения:

G обр = Р^обрР —	(22)

Дифференциал dp[dL в первом приближении можно считать ли-
нейным, поэтому

В уравнениях (21)—(23) п — частота вращения шнека; р — плот-
ность расплава при температуре переработки; р, — вязкость рас-
плава при температуре переработки; р — давление перед решеткой
или фильерой на конце шнека; L — длина зоны нагнетания расплава.

Величины а, р, Епр и Еобр представляют собой геометрические
контанты машины, зависящие от глубины нарезки и профиля шнека,
которые нужно определять для каждого отдельного шнекового пласти-
катора.

Если подставить уравнения (21)—(23) в выражение (20), то полу-
чим:

G =aFпрргг — РРобрр	(24)

Уравнения (24) может быть применено для пластикаторов, ра-
ботающих в «открытом» режиме, и двухшнековых машин. Вязкость
для неньютоновских жидкостей следует определять из кривой те-
чения г = / (у), что в свою очередь требует знания средних градиен-
тов скоростей сдвига в машине.

В большинстве случаев пропускная способность машины ограни-
чивается не производительностью транспортировки, а установленной

* Приведенное уравнение относится только к дозирующей зоне шнека
И, кроме того, не учитывает потока утечки между корпусом и наружной поверх-
ностью шнека. Подробно параметрические расчеты шнек-машин изложены,
например, в работах [9, 10] списка дополнительной литературы. В них приве-
дены также развернутые формулы для определения коэффициентов прямого
Н обратного потоков, потока утечки и методика расчета эффективной вязкости. —
Прим. ред.
мощностью привода. Если из опытов на лабораторных машинах
известны необходимые удельные энергозатраты S (в кВт-ч/кг), то
максимально возможная производительность может быть определена
по формуле:

G=.VS	(Г.)

При этом 2V (в кВт) обозначает установленную мощность привода
шнекового пластикатора. Если мощность привода ограничивает
производительность, то необходима уменьшенная дозировка мате-
риала при загрузке машины.

Наконец, производительность может быть ограничена эффектив-
ностью системы охлаждения пластикатора и, в частности, величиной
поверхности теплообмена, а также значением коэффициента К.
Зависимость между производительностью, поверхностью теплооб-
мена, значением К и достигаемой температурой материала выра-
жается уравнением (19).

3.3.2.	Пластификатор *

Пластификатор представляет собой одношнековый пластикатор
со специальным узлом смешения и пластикации, рабочий элемент
которого выполнен в виде расширяющейся конической кольцевой
щели [38]. Он служит для подготовки таких термопластов, которые
способны пластицироваться за счет деформаций сдвига при течении
в коническом кольцевом зазоре. К указанным материалам относится,
например, пластифицированный («мягкий») ПВХ.

Пластификатор состоит из агрегата с двумя вращающимися в од-
ном направлении подающими и дозирующими шнеками, основной
одношнековой машины, которая включает узел смешения и пласти-
кации, и расположенного за ними напорного шнека с устройством
для грануляции расплава резкой па плоскости специальной решетки
(рис. 65).

Для получения, например, пластифицированного ПВХ машина
загружается холодной или горячей смесью (композицией) ПВХ
с пластификатором (мягчителем), стабилизаторами, пигментами и
другими ингредиентами. Питание машины осуществляется через
бункер, оснащенный мешалкой. Двухшнековая машина-питатель
с бесступенчатым (плавным) регулированием - частоты вращения
шнеков установлена под прямым углом к главной машине и присо-
единена к ней на фланцах. Обе машины образуют единый блок (агре-
гат). Вспомогательная машина транспортирует смесь из бункера
в одношнековую основную машину. Там смесь с помощью короткого

* Название «пластификатор» для описываемого ниже агрегата принято
в ФРГ, хотя его следует признать неудачным. Строго говоря, пластификатором
называют химическое вещество, вводимое в полимерную композицию в качестве
мягчителя, способствующего пластикации. В данном же случае этот термин
применен для обозначения машины, перерабатывающей композиции полимеров
с химическим пластификатором. Вероятно, автор счел неудобным применение
более точного, но длинного названия — «пластикатор для переработки пласти-
фицированных композиций». — Прим. ред.

транспортирующего шнека попадает в расширяющуюся коническую
кольцевую щель. Кольцевой зазор образован конусом, снабженным
гхесптельпыми ребрами (выступами) или нарезными канавкамп,
-> стенкой корпуса конической формы. Полимерная композиция
В результате сдвигового воздействия и выделяющейся при этом те-
длоты трения к началу конической кольцевой щелп пластпцируется.
желируется и в виде замкнутого рукава («чулка») охватывает конус.

Рис. 65. Машина для процессов пластификации.

вследствие расширения конуса по диаметру и деформации сдвига
конической кольцевой щели этот рукав надрывается и раздирается
На отдельные куски. Образовавшиеся куски материала продолжают
бластицироваться и деформироваться в скрученные полосы — жгуты
{рис. 66). Таким образом получается гомогенный пластицированный,
Щелированный и перемешанный материал, который экструдируется
Нагнетающим (напорным) шнеком, установленным соосно с конп-
Jbckhm элементом. Пластицированная композиция экструдируется
|ерез фильеру (решетку) с большим числом отверстий и гранулируется
^тройством с режущим узлом на плоскости фильеры.

j Полученный гранулят охлаждают затем воздухом в специальных
устройствах до комнатной температуры.

I.	Величину зазора в конической кольцевой щели можно регулиро-
вать бесступенчато в пределах от 0,3 до 4 мм путем осевого переме-
щения вала конуса. Этим способом можно варьировать и регулиро-
вать интенсивность деформации сдвига и тем самым направленно
L

Рис. 66. Пояснение принципа сдвигового деформирования
в специальной кольцевой щели.

Таблица 10

Типоразмеры и технические характеристики пластификаторов

Технические характеристики	Значения параметров для моделей		
	РК 100	РК 400	РК 1000
Частота вращения конического элемен-	42	70	64
та, об/мин  Частота вращеппя вспомогательных	20—720	30-150	30-150
(питающих) шнеков, об/мин Мощность главного привода, кВт	22	55	160
Мощность привода вспомогательных	4	4	7,5
шнеков, кВт  Мощность нагрева корпуса коническо-	4	10	20
го узла, кВт  Мощность обогрева корпуса нагнетаю-	2,5	4	16
щего шнека, кВт Мощность обогрева фильерного блока,	1,25	2	3
кВт  Ширина щели (величина зазора), мм	0,3—4	0,3-4	0,3-4
Диаметр питающих шнеков, мм	90	90	100
Диаметр конического элемента (на-	230/300	230/300	350/550
чальный торец, конечный торец), мм Диаметр нагнетающего шнека, мм Конструктивные особенности кониче-	120	120	200
	Оребренный	С винтовой (червяч-	
ского элемента	ИЛИ с винто-	ной) нарезкой	
	вой (червяч- ной) нарезкой		
изменять степень нагрева, гомогенизации и желирования материала
в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конечному про-
дукту, и свойствами исходной смеси. Корпус конусного элемента
обогревается только для ускорения процесса пуска установки в ра-
боту. В процессе работы пластикация и желировапие материала про-
исходят только в результате деформаций сдвига. Нагнетающий
шнек, наоборот, оборудован электрическим обогревом, а также
воздушным охлаждением для обеспечения необходимой температуры
процесса грануляции.

При переходе от конуса к напорному шнеку происходит дега-
зация материала, выходящего отдельными жгутами. Для повышения
эффективности дегазации с целью получения плотного (беспористого)
материала возможно применение вакуумирования в зоне дегазации.

Подготовка пластифицированного ПВХ требует удельных энерго-
затрат в пределах 0,06—0,10 кВт-ч/кг в зависимости от состава
смеси и технологических режимов процесса.

Таблица 11

Производительность пластификаторов

Состав смссп	Производительность (в кг/ч) пластифи- каторов различных моделей		
	РК 100	РК-400	РК юоо
Композиция (пластикат) для кабельных жил:			
100 т ПВХ марки S, значение К-70  36 т пластификатора (мягчителя)  10 т мела  3 т стабилизатора  1 т смазывающего средства и других добавок  Композиция .(пластикат) для кабельных оболочек:	200	450	1200
100 т ПВХ марки S, значение К-70  54 т пластификатора (мягчптеля)  50 т мела  3 т стабилизатора  1 т смазывающего средства и других добавок  Композиция на базе ПВХ для производ- ства обуви:	250	550	1400
100 т ПВХ марки S, значение К-65  80 т пластификатора  5 т стабилизатора и других добавок Композиция для производства карнизов:	180	400	1000
100 т ПВХ марки S, значение К-60  5 т пластификатора  5 т мела  3 т стабилизатора  2,4 т двуокиси титана  0,5 т мягчителя	170	360	
Время пребывания материала во всем агрегате в зависимости
от пропускной способности (производительности) и частоты враще-
ния рабочих органов составляет 45—90 с [39—41).

Пластификатор берет свое начало с изобретения А. Фогта, сде-
ланного в 1951 г. [38]. Конструкция машины была разработана
фирмой «Werner u. Pfleiderer» н с 1953 г. изготавливается по лицен-
зии фирмой «Wacker Chemie» (ФРГ). В 1969 г. выпускалось три ти-
поразмера машины: РК 100, РК 400 и РК 1000. Технические харак-
теристики этих моделей сведены в табл. 10.

Производительность установки при производстве пластифициро-
ванного ПВХ зависит, в частности, от состава исходной смеси и при
этом в первую очередь от типа (марки) ПВХ, содержания пластифи-
катора (мягчителя) и наполнителей. Типичные данные по производи-
тельности для некоторых исходных смесей приведены в табл. 11.

3.3.3.	Трансферный смеситель системы Френкеля
(«Transfermix»)

Смеситель Френкеля является одношнековым пластикатором,
у которого не только шнек, но и материальный цилиндр снабжены
винтовой нарезкой. При этом глубина противолежащих («ответных»)
витков на шнеке и цилиндре меняется от минимальной до максималь-
ной величины.

Так называемый трансферный смеситель Френкеля применяется
для процессов смешения в тестообразных средах и пастах, проведения
химических реакций, подготовки полимерных композиций и полу-
чения базовых и товарных резиновых смесей.

В соответствии с различными технологическими задачами сме-
сители системы Френкеля выпускаются в настоящее время в различ-
ных конструктивных исполнениях. Принцип действия описываемом
машины одновременно и независимо друг от друга предложили
и разработали М. С. Френкель и фирма «Uniroyal Inc», причем
Френкеля прежде всего интересовали процессы смешения в пастах,
тестообразных и пластических массах, а фирму «Uniroyal Inc» —
получение и переработка композиций на основе каучуков [42—44].
В настоящее время смесители системы Френкеля под наименованием
«Transfermix» производятся тремя фирмами — английской «Vic-
kers Ltd» н американскими «Sterling Extruder Corp» и «Adamson
United Со».

Принцип действия. Основной принцип действия у всех машин
независимо от их конструктивного исполнения одинаков. Машины
состоят из шнека и охватывающего шнек корпуса, имеющего внут-
реннюю противозаходную нарезку. Шнек и полость корпуса имеют
коническую форму и сужаются в направлении материального по-
тока. Глубина витков шнека и корпуса постоянно изменяется по
всей рабочей длине так, что глубина нарезки шнека уменьшается,
в то время как глубина нарезки корпуса в той же степени увеличи-
вается, и наоборот. При этом сумма поперечных сечений межвитко-
вых каналов шнека и корпуса остается постоянной. На всей рабочей
94
длине машины такое увеличение и уменьшение глубины нарезки
иожет периодически повторяться несколько раз. При однократном
повторении машину принято называть двухступенчатой, при двух-
кратном — трехступенчатой и т. д. (рис. 67).

Масса перерабатываемого материала находится в межвитковых
каналах шнека и корпуса. Вектор скорости течения материала
в обеих нарезках имеет осевую составляющую и компоненту, пер-
пендикулярную направлению осн. Вследствие изменяющейся глу-
бины нарезки полимер послойно переводится из межвитковых ка-

Рпс. 67. Схема двухступенчатого смесителя системы
«Transfermix»:

1 — загрузочная воронка; 2 — шнек; 3 — корпус; 4 — опоры кор-
пуса; 5 — зубчатый венец привода корпуса.

налов шнека в каналы корпуса и обратно. Такому процессу переме-
щения подвержена вся масса материала, поскольку глубина нарезки
'как на шнеке, так и в корпусе местами нисходит до нулевого значе-
ния, и в этих участках не может задержаться практически ни одна
Ластица материала. Следовательно, кроме движений, возникающих
В обычных одношнековых экструдерах, частицы совершают также
Движения по траекториям, перпендикулярным оси машины, что обе-
спечивает подачу материала при одновременном смесительном воз-
действии, характерном для машин системы «Transfermix» (см. рис. 22).
При таких перемещениях частицы материала, находившиеся вна-
чале рядом, разносятся далеко друг от друга, в результате чего для
^Машины становится характерным очень широкий спектр рабочих
времен. Вынуждаемый переход материала из каналов шнека в на-
s-резку корпуса и наоборот называют также конвергентно-дивергент-
ной принудительной обработкой [45].

I В патентной литературе описываются конструкции с дополнитель-
ным вращением корпуса и даже его отдельных участков с различ-
ными скоростями. Однако подобные конструкции не получили до
Настоящего времени широкого распространения, очевидно, из-за
возникающих трудностей при уплотнениях секций.
Типы конструкций. Фирма «Vickers Ltd» производит четыре раз-
личные модели машины «Transfermix»: модель В — для переработки
тестообразных веществ, паст, пластических масс и проведения хими-
ческих реакций; модель С — для переработки тестообразных веществ,
паст, пластических масс и проведения химических реакций; модель
Е — для переработки пластических масс п проведения реакций
полимеризации; модель R (Rubber) — высокопроизводительная ма-
шина для каучуков и резиновых смесей.

Рис. 68. Смеситель «Transfermix С5» с раскрытым корпусом.

Машины модели В имеют неразъемный корпус с двумя’статор-
ными вкладышами, которые могут извлекаться (выдвигаться) для
чистки машины. Вследствие цельной конструкции эта модель лучше
приспособлена для высоких давлений и температур, чем модель С,
которая оснащена раскрывающимся корпусом, части которого под-
вешены на шарнирах (рис. 68).

Термостойкость материала, из которого выполнено уплотнение
между обеими частями корпуса, ограничивает рабочую темпера-
туру машин модели С до 250 СС (максимально до 300 °C).

Для достижения определенной эффективности смешения и пласти-
кации нарезки на статоре (корпусе) и роторе (шнеке) могут быть
выполнены с различной заходпостыо. Особенно часто комбинируют
одно-, двух- и четырехзаходные винтовые нарезки ротора и соот-
ветственно статора.

Кроме того, для варьирования интенсивности смешения можно
изменять частоту вращения шнека и с помощью специального вен-
тиля (клапана) — противодавление на конце машины. Наконец,
эффективность работы можно изменять за счет числа секций (ступе-
ней) с увеличивающейся и уменьшающейся глубиной винтовой на-
резки. Как шнек, так и корпус могут обогреваться и охлаждаться.
Машины, как правило, загружаются с использованием дозиру-
ющих устройств. Жидкости могут вводиться в различных участках
(зонах) корпуса.

Важнейшие характеристики различных типоразмеров машин
моделей В и С сведены в табл. 12. Указанные в таблице величины
производительности существенно изменяются в зависимости от при-
роды перерабатываемого материала и технологических режимов
работы [46].

Таблица 12

Типы и технические характеристики машин «Transfermix»
моделей В и С (производства «Vickere Ltd»)

Тип	Диаметр пшена в разгрузочной зоне, мм	Частота враще- ния, об/мин	Мощность привода, кВт	Производитель- ность, кг/ч
1	25	100—5000	0,2-1,5	1—100
2	51	100—3000	1,5—5,5	7—450
3	76	100-2000	4—15	25-900
5	127	50—1250	8—40	100—2 500
6	152	50—1200	15—110	250—3 500
8	203	50—1000	23—190	500-6 000
10	254	30-800	38—300	1 000-10 000
12	305	—.	—	1 500—15 000
15	381	—-	—	2 000-25 000
21	533	—	—	4 500-50 000

Машины модели В применяются для различных целей в резино-
вой промышленности (рис. 69). При приготовлении композиций
на основе каучуков эластомер, сажа и другие компоненты сначала
в течение короткого времени перемешиваются в закрытом смесителе
периодического действия. Предварительно подготовленная таким
образом смесь может затем окончательно перемешиваться в устано-
вленной последовательно машине системы «Transfermix» непрерыв-
ного действия для улучшения распределения диспергирования сажи
в «микрообъемах». Вследствие этого дополнительного перемешивания
(«домешивания») сокращается общая продолжительность процесса
смешения и тем самым обеспечивается большая производительность
смесителя закрытого типа, чем при работе без машины «Transfermix»,
когда окончательного диспергирования ингредиентов нужно доби-
ваться в обычном смесителе.

Трансферный смеситель можно использовать в случае пригото-
вления или предварительного нагрева резиновых смесей для питания
каландров, а также для прямой экструзии.

В описываемых смесителях может быть предусмотрено добавление
масел с целью получения маслонаполненных типов каучуков. Кроме
того, дополнительно может быть смонтировано фильтрующее («страй-
нерное») устройство для задержания инородных тел (посторонних
включений) [47—49]. Машину можно загружать каучуком в виде
блоков или комьев. Для этой цели загрузочная воронка оснащена
двумя гидравлическими плунжерами, которые запрессовывают ма-
териал в зону захвата шнеком. Технологическая часть машины вы-
полняется из материалов с повышенной износостойкостью. Корпус
и шнек, как и в других конструкциях машин системы «Transfermix»,
обогреваются или охлаждаются.

Рис. 69. Смеситель «Transfermix R8» для переработки каучуков.

В табл. 13 приведены основные характеристики смесителей
Френкеля различных типоразмеров модели R.

В США машины «Transfermix» для переработки каучуков изго-
тавливает фирма «Adamson United Со». Предлагаемые фирмой типо-
размеры машин соответствуют в основном приведенным в табл. 13
[50].

Для подготовки пластических масс, паст и тестообразных мате-
риалов в США фирма «Sterling Extruder Corp» изготавливает по
существу те же модели трансферных смесителей В, С и Е, что и ан-
глийская фирма «Vickers Ltd» [51].
Таблица 13

Типы и технические характеристики машин «Transfermix»
модели R (производства «Vickers Ltd»)

Тип	Диаметр пшена, мм		Типичные частоты вращения шнека, об/мин	Мощность привода, кВт		Максималь- ная произ во- дительность. кг/ч
	в зоне загрузки	в зоне выгрузки		ХОЛОДНЫЙ материал	горячий материал	
3,25	102	79	118	34	23	320
4,5	140	114	85	67	45	600
6	190	152	64	135	90	1 100
8	254	203	48	225	150	1 900
10	318	254	38	358	240	3 000
12	381	305	27	520	342	4 360
15	470	381	21	746	520	6 800
21	660	533	15	1680	1120	15 700

Таблица 14

Типы и технические характеристики машин «Transfermix»
модели Е (производства «Sterling Extruder Corp»)

Тип	Диаметр щнека, мм		Производительность при переработке пластмасс, кг/ч		
	в зоне загрузки	в зоне выгрузки	с дегазацией и максималь- ным подводом энергии	получение концентрата из ПЭ+ 50%  Т1О1	без дегазации со средним подводом  энергии
2/1,2	50	30	18	45	90
3,5/1,7	89	43	90	220	440
4,5/2,2	114	56	200	450	900
6/2,8	152	71	450	1100	2 200
8/3,4	203	84	1100	2700	5 400
10/4	254	102	2200	5500	11 000

Данные по производительности машины модели Е для некоторых
технологических процессов подготовки и переработки пластмасс
приведены в табл. 14.

Машины этой серии оснащены электрическими системами обо-
грева и могут быть снабжены дегазационными камерами.

3.3.4.	Смеситель «Ко-Kneter» *

Принцип действия и области применения. «Ko-Kneter» — это
। одношнековый пластикатор, рабочий орган которого дополнительно

* Название «Ko-Kneter» — сокращение от немецкого Kontinuierlicher
Kneter (пластикатор непрерывного действия). Этим термином в ФРГ принято
 обозначать смесители непрерывного действия, шнек которых одновременно
с вращением совершает возвратно-поступательное движение. В Советском Союзе
также выпускаются аналогичные смесители — пластикаторы под напменова-
I нпем «червячные осциллирующие смесители» (ЧОС). Отечественная машина
ЧОС-200, предназначенная для смешения и пластикации ПВХ и других термо-
I пластов непрерывным способом, описана, например, в работе [10J, приведенной
в Дополнительной литературе. — Прим. ред.
к вращению совершает осевое осциллирующее (возвратно-поступа-
тельное) движение. Винтовая нарезка шнека прерывается пазами
п, таким образом, как бы разделена на отдельные винтовые лопасти.
В пазы (каналы) между винтовыми лопастями входят месительные
выступы, стационарно расположенные на корпусе (рис. 70). Взаимо-
действие винтовых лопастей шнека с месительными выступами
(«зубьями») корпуса при одновременном вращательном и возвратно-
поступательном движениях шнека определяют характерное для дан-
ной машины движение материала, обеспечивающее его перемеши-
вание и пластикацию. Первая машина, работающая по этому прин-

Рпс. 70. Конструктивная схема и принцип работы смесителя
«Ко-Kneter».

Основными областями применения машины «Ко-Kneter» являются
подготовка термопластичных и термореактивных пластмасс, произ-
водство угольных электродов, приготовление хлебного теста и шоко-
ладных масс. Она обеспечивает возможность проведения химических
превращений в вязкопластичных средах и в первую очередь процес-
сов получения плавиковой кислоты, фторида алюминия, ацетат-
целлюлозы, вискозы и различных полимеров. Применение машин
этого типа в качестве шнековых реакторов освещено также в раз-
деле 3.8.1.

Машины с вращательным и возвратно-поступательным движением
рабочего органа в зависимости от областей применения выпускаются
различных типов и модификаций. Однако работа всех моделей машин
основана па описываемом ниже общем принципе.

Принцип работы. Винтовая нарезка вала в нормальном случае
прерывается пазами так, что на одном полном витке образуются три
винтовые лопасти. Поскольку на вращение вала накладывается
возвратно-поступательное (осциллирующее) движение в направле-
нии оси шнека, то каждая точка вала при проекции на плоскость
описывает относительно неподвижного корпуса синусоиду. Такие
своеобразные траектории движения и, как следствие этого, характер-
ные условия смешения и пластикации типичны для машин типа
«Ко-Kneter». Кроме того, вращательное движение шнекового вала
вовлекает материал в вынужденный (основной) поток, направленный

к выходу из пластикатора.

В корпусе находятся месительные выступы
(«зубья»), которые сопрягаются с разрывами
(пазами) на шнеке. Каждая винтовая лопасть
за один полный оборот шнека контактирует
с четырьмя месительными зубьями. При вра-
щении винтовые лопасти вместе с меситель-
ными выступами выполняют различные опера-
ции. Рабочий цикл машины показан на рис. 71
с помощью последовательных позиций шнека.

На всех видах вход материала находится
с правой, а выход — с левой стороны. На рис.
71, а вал изображен в момент, когда он нахо-
дится в задней крайней точке поворота
(в задней «мертвой» точке). В следующее мгно-
вение винтовые лопасти начинают пересекать
по диагонали путь, определенный меситель-
ными выступами. Продукт транспортируется
навстречу месительным выступам и пластици-
руется. Левые группы винтовых лопастей на
рис. 71, б приблизились на небольшое рас-
стояние к боковым поверхностям месительных
выступов. Скорость вращающейся винтовой
лопасти относительно стационарного меси-
тельного выступа вызывает в узком радиаль-
ном зазоре возникновение больших сдвиговых
усилий. Движение вала вперед перемещает
винтовую лопасть поступательно влево на-
столько, что месительные выступы могут сво-
бодно вдвигаться в пазы, образованные раз-
рывами в винтовых лопастях. При такой
«смене» рабочих боковых поверхностей кромки
винтовых лопастей скользят вдоль левых боко-
вых поверхностей месительных выступов, в ре-
зультате чего винтовая лопасть и месительный
выступ самоочищаются с обеих сторон от налип-
шего продукта. При описанной смене набега-
ющих рабочих поверхностей месительные

Рпс. 71. Рабочий цикл (а—3) смесителя системы «Ко-
Kneter» за один оборот шнека:

I — поступательная подача; II — возвратная подача:
I — вал в задней «мертвой» точке; 2 — лопасти шнека; з —
вал в передней «мертвой» точке.
выступы продавливают назад материал, находящийся в данный
момент в зоне их действия, в ближайший задний по ходу основного
потока межвитковый канал винтовой лопасти. Это обеспечивает
отличное дополнительное осевое и радиальное перемешивание (см.
рис. 71. с).

Как и на рис. 71. а. вследствие поступательной подачи шпека
винтовые лопасти на рис. 71, г пересекают путь, пройденный ранее
месительпыми выступами. При этом они транспортируют и пластп-
цируют материал. Вал пришел в переднюю крайнюю точку поворота
(переднюю «мертвую» точку) — рис. 71, д, после чего начинается
обратный (задний) ход.

Вращение и возвратная подача заставляют теперь кромки винто-
вых лопастей скользить вдоль правых боковых рабочих поверхно-
стей месительных выступов, в результате чего винтовые лопасти
и месительиые выступы самоочищаются также п по этим боковым
поверхностям. Винтовые лопасти на рпс. 71, е и ж пересекают
канал, образованный месительнымп выступами, и при обратном от-
носительном движении также подвергают материал пластикации.
Возвратное смещение рабочего органа машипы продолжается, и винто-
вая лопасть вновь приближается к месительным выступам (рис, 71, а).
Шнек движется к задней «мертвой» точке, при этом материал, рас-
положенный между винтовой лопастью и месительным выступом,
подвергается сдвиговому деформированию и одновременно пласти-
цируется. Таким образом, отдельные элементы машины вновь возвра-
щаются в положение, изображенное на рис. 71, а.

Рис. 71 дает основание считать, что каждая винтовая лопасть
в отдельности при взаимодействии с сопрягающимися месительными
выступами как бы образуют смесительную и пластицирующую
машину непрерывного действия. Действие таких отдельных (диффе-
ренциальных) машин аддитивно усиливается вследствие их последо-
вательного расположения. Перерабатываемый за единицу времени
объем массы в расчете на один рабочий элемент (винтовую лопасть
п мстительный выступ) невелик, и эффективность перемешивания
существенно возрастает вследствие того, что месительиые выступы,
проходящие через пазы в винтовых лопастях (рис. 71, в), постоянно
обменивают частицы материала в осевом и радиальном направлениях.
Это создает характерное для смесителя «Ко-Kneter» течение ма-
териала, которое послужило С. Кискальту основанием назвать
эту машину обратноступенчатым пластикатором. Описанный при
характеристике рабочего цикла процесс, происходящий между винто-
выми лопастями и месительными выступами и обеспечивающий само-
очистку машины, можно примерно сравнить с механической кар-
тиной, возникающей при заточке косы пли кожа.

Требования, предъявляемые к процессам смешения и пласти-
кации. часто весьма различные, можно удовлетворять изменением
геометрической формы шнека (в частности, угла наклона винтовых
лопасгей). а также варьированием технологических режимов работы.

Геометрическая конфигурация шнека может быть выполнена
различным образом в смысле количества перемешивающих п пласти-
Ю2
цирующих рабочих элементов, профилей месительных выстуй®
(зубьев) и винтовых лопастей, угла наклона винтовой линии лопй-
стей, величины хода осциллирующего движения вала, зазора между
лопастями п месительпыми выступами корпуса и глубины на-
резки.

Для процессов, требующих высокой интенсивности пластикации,
выбирают соответствующие рабочие органы с достаточно большим
количеством перемешивающих и пластицирующих элементов, не-
большим углом наклона винтовых лопастей, малым ходом вала, не-
значительной глубиной винтовой нарезки лопастей при уменьшен-
ных зазорах между последними и месительпыми выступами корпуса.
Если, наоборот, необходима относительно низкая интенсивность пла-
стикации, то используют соответственно меньшее число перемеши-
вающих и пластицирующих элементов, больший угол наклона винто-
вых лопастей, увеличенный ход осциллирующего вала, повышенную
глубину нарезки шнека, несколько увеличенный зазор между меси-
тельными выступами и винтовыми лопастями, а также месительные
элементы специальной конструкции (удлиненные пластицирующие
пальцы вместо относительно коротких выступов). Перечисленные
конструктивные мероприятия используются как отдельно, так и со-
вместно или в различных сочетаниях.

Кроме того, распределение давления (напряжений) и тем самым
условия проведения процессов смешения и пластикации могут варьи-
роваться в машине или ее отдельных зонах путем соответствующего
выбора конструкций узлов выгрузки (зоны нагнетания). При этом
иногда используют установку дополнительных диафрагм (кольцевых
рассекателей) и секций или элементов с уменьшенной глубиной
нарезки.

При неизменных геометрических параметрах рабочих органов
интенсивность смешения и пластикации в определенных границах
можно регулировать изменением частоты вращения шнека, произво-
дительности, величины противодавления (подпора) на выходе и вяз-
кости пластицируемого материала.

При полном заполнении внутреннего рабочего объема машины
можно достичь наибольшей интенсивности пластикации и, следова-
тельно, максимально возможного к. п. д. процесса пластикации.
При невысокой степени заполнения не все рабочие органы машины
функционируют в полной мере, и интенсивность пластикации пони-
жается. Поэтому машины типа «Ко-Kneter» загружаются обычно
так, чтобы обеспечивалась оптимальная степень заполнения зоны
пластикации. Для этого используют либо загрузочные воронки,
оснащенные мешалками и подпорными (запрессовывающими) шне-
ками (рис. 72), и загрузочные патрубки (каналы) с подающим шне-
к< м (рис. 73), либо специальные устройства гравиметрической (весо-
вой) или объемной дозировки.

| Вал шнека и корпус машины обогреваются или охлаждаются,
так что, задавая температурный режим, можно в определенных
пределах варьировать вязкость материала п тем самым регулировать
интенсивность процесса пластикации.
Рис. 72. Загрузочный бункер смесителя «Ко-
Kneter» с мешалкой н подпорным шнеком:

1 — машина «Ko-Kneter»; 2 — подающий (подпорный)
шнек; з — верхняя часть бункера; 4 — загрузочный
штуцер; 5 — регулируемый привод (двигатель с вариа-
тором).

Рис. 73. Загрузочный узел смесителя системы
«Ко-Kneter» с подающим шнеком:

1 — дозирующий шнек; 2 — весовой ленточный дозатор;

3 — подающий (подпорный) шнек; 4 — дозирующий на-
сос; 5 — машина «Ko-Kneter».
Корпус охватывает обогревающая рубашка, которая по длине
разделена на отдельные зоны, что позволяет по участкам независимо
задавать и поддерживать различные температуры. Обычно исполь-
зуют жидкие теплоносители, причем до 180 "С применяют перегре-
тую под давлением воду, а до 300 СС — масло.

- Выгрузка материала происходит либо непосредственно в конце
Пластикатора «Ко-Kneter», либо с помощью одношнекового узла
разгрузки типа ASV или ES, который, как правило, устанавливают
‘яод прямым углом к основной машине. Разгрузочный шнек позволяет
«выравнивать пульсирующую подачу материала пластикатором и со-
здавать давление, необходимое для продавливания (экструзии)
полимера через формующий инструмент независимо от процесса
пластикации, осуществляемого в базовой машине.

Дополнительная одношнековая разгрузочная «дозирующая» ма-
шина применяется при грануляции термопластичных полимеров
и оснащается специальными фильерами для штранг-грануляции,
«ленточной» или так называемой горячей грануляции*.

Если не предъявляется строгих требований к равномерности
получаемого гранулята, то непосредственно к осциллирующему
пластикатору могут присоединяться разгрузочные устройства, ко-
торые формуют материал в прутки (жгуты), пластинки или крошку.
Так, для непосредственного питания каландра композициями на базе
ПВХ устанавливается фильера круглого сечения, диаметр которого,
может регулироваться. Экструдируемые через такую фильеру жгуты
режутся на круглые пластинки («шайбочки»), которые через термо-
камеру подаются непосредственно в каландр. При подготовке ком-
позиций на основе термореактивных полимеров [56, 57] непосред-
ственно на пластикаторе «Ко-Kneter» монтируется формующий
инструмент (сопло) с винтовой нарезкой, с помощью которого мате-
риал перерабатывается в крошку (рис. 74).

Для удаления летучих веществ из многокомпонентной смеси шнеко-
вый пластикатор можно оборудовать дополнительной дегазационной

* Штранг-грануляцией назван способ грануляции, по которому экструди-
руемые через фильеру со множеством отверстий полимерные жгуты (прутки)
охлаждаются в ванне с водой или воздушном канале и затем в холодном состоя-
нии режутся, точнее рубятся, устройством типа фрезовой дробилки. «Ленточная»
грануляция — это, по существу, экструзия полимера через плоскощелевую
головку с последующей резкой полученного листа в продольном и поперечном
направлениях. Если при штранг-грануляции гранулят имеет цилиндрическую
форму, то при «ленточной» — форму кубиков.

Горячая грануляция — процесс, при котором выходящие из экструзионной
головки жгуты материала режутся непосредственно на плоскости формующей
решетки (фильеры); гранулят охлаждается затем водой или воздухом. В зависи-
мости от соотношения скорости экструзии и скоростп режущих ножей при таком
способе могут получаться чечевицеобразные, шарообразные и цилиндрические
гранулы.

В последнее время разработана новая технология — так называемая под-
водная грануляция, предусматривающая резку экструдата непосредственно
Под водой. Этот способ обеспечивает интенсивное охлаждение продукта и делает
Возможным увеличение скорости экструзии. Установки нового типа выпускаются
в промышленных масштабах, например, фирмой «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ). —
Прим. ред.
секцией, длина которой составляет четыре диаметра шнека.
Исходное содержание летучих компонентов в материале, равное
10%, с применением вакуумирования можно понизить до остаточного
содержания 0,1%. При низком содержании летучих компонентов
достаточно предусмотреть дегазационное отверстие на участке вспо-
могательного шнека, так что дегазация происходит противотоком
в месте перехода расплава из основной машины в разгрузочное
устройство.

Рис. 74. Головка для реактопластов, установленная на выходе
осциллирующего смесителя «Ко-Kneter».

Тины (модели). Осциллирующий пластикатор непрерывного дей-
ствия изготавливается в двух исполнениях.

1.	Модель К сконструирована для пластикации и смешения
влажных (вплоть до пастообразных) материалов и пластических
масс. Машины этой модели применяются также для переработки
шоколадных масс, карамельных смесей, тестообразных веществ,
композиций для изготовления анодных блоков и других так назы-
ваемых электродных смесей. Кроме того, машины данного типа
используются в химической технологии для ацетилирования целлю-
лозы, в качестве форреакторов в производстве плавиковой кислоты,
кристаллизаторов и реакторов для процессов поликонденсации и
полиаддукции (полиприсоединения).

2.	Модель PR — это шнековый пластикатор для вязкоэластич-
ных материалов. Такие машины применяют в первую очередь для
подготовки термопластичных и термореактивных полимерных компо-
зицнй и синтетических лаков, а также во всех случаях, когда тре-
буются большие сдвиговые усилия.

Конструктивное исполнение. В конструктивном исполнения

осциллирующих пластпкаторов непрерывного действия системы

«Ко-Kneter» следует выделить три основных функциональных эле-

мента (узла): шнек, корпус, редуктор. Шнек и корпус уже описаны
выше. Корпус состоит из двух частей и является разъемным, так

что обеспечивается свобод-
ный доступ к шнеку и зоне
пластикации. Обе части кор-
пуса закрываются и удержи-
ваются зажимными болтами
и хомутами (струбцинами).

Для координации возврат-
но-поступательного и вра-
щательного движения шне-
кового вала служит специ-
альный редуктор (рис. 75).

Приводной вал 1 пере-
дает крутящий момент через
гитару 2 на цилиндрическое
зубчатое колесо 3, вынуж-
дающее в свою очередь
вращаться ведомый вал 4.
Коническая передача (диффе-
ренциал) 5 передает враще-
ние цилиндрического зубча-

Рис. 75. Редуктор смесителя «Ко-Kneter»
для координации возвратно-поступатель-
ного движения н вращения шнека:

1 — приводной вал; 2 — гитара; з — цилиндри-
ческое зубчатое колесо; 4 — ведомый вал; 5 —
коническая передача; 6 — якецентриковые щеки;

7 — ползун; 8 — малая шестерня привода ма-
сляного насоса.

того колеса 3 на ось, пер-
пендикулярную ведомому
валу 4. Валы обеих боковых
конических шестерен диффе-
ренциала эксцентрично вхо-
дят в зацепление с эксцент-
риковыми щеками 6, которые
преобразуют вращение в си-

нусоидальное осциллирующее горизонтальное движение крестовины
(ползуна) 7. Осевые (упорные) подшипники крестовины 7 вынуждают
ведомый вал 4 совершать продольное движение, при котором он
входит в отверстие цилиндрического зубчатого колеса и выдвигается
из него. На приводном (ведущем) валу смонтирована вторая (малая)
шестерня 8 для привода в работу масляного насоса, обеспечивающего
автоматическую не требующую ухода смазку.

В зависимости от рабочих условий шнековый вал и корпус пла-
стикатора «Ко-Kneter» изготавливаются из различных материалов.
Для нормальной эксплуатации, при отсутствии повышенного корро-
зионного и абразивного износа основной рабочий орган выполняют
Из хромистой стали, а корпус — из стального хромистого литья.
При сильном износе корпус защищают сменными износостойкими
гильзами, а шнек — насаживаемыми на вал лопастными втулками,
Материалы, используемые для изготовления пластикаторов системы
. «Ko-Kneter»

Воздействие про- дукта (среды)	Корпус	Шнековый вал	Примеры процессов
Без специфиче- ского воздействия	Лптье из хромп- стой стали	Хромистая сталь	Переработка по- лиолефинов
Умеренно абра-	Облицовка гиль-	Азотированная	Переработка -
зпвиое воздействие	зами из азотиро- ванной стали	сталь	актоиластов
Умеренно корро- зионное воздей- ствие	То же	Нержавеющая сталь	Химические ре- акционные нропес- сы
Сильное абра-	Облицовка гиль-	Стальное лптье,	Подготовка э.тек-
зивное воздействие	зами из специаль- ной стали	бронированное  твердым металлом	тродных масс
Сильное корро-	Кис лото упорное	Лопасти — втул-	Получение ила-
знойное воздей- ствие	стальное литье	ки из кислотостой- кого литья	виковой кислоты в машинах «Ko- Kneter» в качестве реакторов
Комплексное аб-	Облицовка гиль-	Втулки — лона-	Подготовка ком-
разивное и корро-	зами из снецпаль-	сти со специаль-	позиций фоноле-
знойное воздей- ствие	ной стали	ным металлокера- мическим покры- тием	альдегидных смол с минеральными наполнителям! (

покрытыми слоем твердого сплава. Месительные зубья корпуса
также сменные. В табл. 15 приведен перечень материалов, прошед-
ших проверку и признанных пригодными для изготовления узлов
и деталей описываемых пластикаторов.

Технические параметры. В табл. 16 сведены типоразмеры двух
моделей машин и их важнейшие параметры. Машины работают
обычно от электродвигателей постоянного или переменного (трех-
фазного) тока с параллельным возбуждением.

Важнейшие характеристики машин содержатся уже в наимено-
ваниях (обозначениях). Так, например, машина KR 200 S/45 —
это пластикатор непрерывного действия типа К, выполненный из
нержавеющей стали (В) * и имеющий шнековый вал диаметром 200 мм;
предназначен для переработки шоколада (S) и оборудован редукто-
ром типа G 45.

Применение. Представления о применении шнековых пластикато-
ров описываемого типа можно получить из данных табл. 17, а—г.
В эти таблицы не включены химические реакционные процессы, ко-
торые описываются в разделе 3.8.1. Некоторые примеры ниже раз-
бираются подробнее.

1.	Прямая загрузка каландров при полу-
чении пленок из ПВХ. На рис. 76 изображена схема

* И — первая буква немецкого слова Rostfrei (нержавеющий).
Прим. ред.
ипы и технические характеристики осциллирующих пластикаторов непрерывного действия «Ko-Kneter»

со

3

3“

3
ч

и корпуса	мощность на грена				г5	9	40/70	001		*				L.4	7-0	О сс
3		2,														
X																
X		: о я 1111^0)1														
о. S  о о S о. и н	о  Е? S		Корпус и вал	обогреваются	и охлаждают-	1 ся жидкостью	или паром				Корпус и вал	обогреваются	1 и охлаждают-	ся жидкостью 1	1 или паром	
	Л £  2 s	ттель- ь, кг/ч	400	000	000	500	000	000	000	000		200	о	200	300	009
	к w	ВОД1 пост				СО			о						CN	
		И! лора		W О,	*•3*  О	'й 45	G 130							'G 130		
Е?		Ti !ДУИ	ю	о	о	о			го			о		ю	S	
		а	0	О	0	0	0	0	0	0	Сь	0	0	0	0	0
																
к																
	хдя ‘вяэнш ним/90 с$ И(3я чхэонйюк		i-0	15/45	15/45	15/45	45/11(	172	172	172	од	LO	ю	45/11(	172	1500
	НИИ / QO ‘НИН  -OtoEClS сюхэвь  НВНЧКВКИЭЯЕК		100	о	S	S	о	3	О	S	00	120	120	1 120	§?	V0 к-
зый вал	ход, мм		СО	ю LT5	иО		|	110	135	160	160	6,5	S	о	О со		§
о з  э	L/D		t-	П/А	V0	с-			 6/9,5	9,5		7/11	и/д	7/11 (15)	7/И	7/11
	КК	*(j йхакшШ	1  140	1	200	250	300	400	500	000	700		100	140	200	оое	
			Термопластичные
Процесс	пластифици- рованный ПВХ	жесткий ПВХ	композиции (плас- гикаты) па основе ПВХ для линолеу- ма с наполнителя- ми, гладкие или «под мрамор»>
Подготовка, гомогенизация  Гранулирование  Прямая загрузка каландра  Окрашивание  Получение концентратов («выпуск- ных форм») красителей  Дегазация (удаление остаточных по- лимеров и т. д.)  Подготовка смесей с разнородными компонентами (например, вместе с отходами или другими материа- лами)	PR  PR + ASV  PR  PR  PR  PR + ASV  PR	PR  PR + ASV  PR  PR  PR  PR + ASV  PR	PR  PR 4- ASV  PR  PR  PR  PR + ASV  PR

Процесс	Термореактивные пресс-порошки			
	фенолофор- мальдегид- ные пресс- порошки	аминопласты (пресс-материалы на основе карба- мидоформальде- гидных и мела-  миноформаль- дегидных смол)	пресс-материал на основе полиэфиров	эпоксидные смолы с на- полнителями
Подготовка, гомогени- зация  Гранулирование Окрашивание Дегазация (удаление остаточных мономе- ров и т. п.)  11 онцентрирование, окончательное рас- творение	PR  PR PR PR  PR	PR  PR PR PR  PR	PR, К	PR  PR + ASV  PR  PR

но
цтериалы

полистирол  1 ударопрочный  . полистирол	АБС	ПЭВД, ПЭНД	полипропи- лен	полиамиды	полиэфиры
PR	PR	PR	PR	PR	PR
PR + ES	PR + ES	PR + ES	PR + ES	PR + ES	PR + ES
PR	PR	PR	PR	PR	PR
PR	PR	PR	PR	PR	PR
PR + ES	PR + 4D	PR + ES	PR + ES		
		PR		PR	PR

Таблица 17, б

Области применения осциллирующих пластикаторов

‘	Синтетические лаки			Эластомеры			Полиакрило- нитрильный прядильный раствор
Йиэфирные Врошковые f лаки  I	эпоксидные порошковые лаки	полиакриловые порошковые лаки	силиконы	герметики	полиизобутилен	
pR	PR	PR	PR	PR	PR	к
|PR		PR				
PpR	PR	PR	PR			к
4  I-			PR			
fc.						
x x,	PR	PR				к
Процесс	Процесс растворения полиакрило- нитрила	Взрывчатые вещества (нит- роцеллюлоза)	Удобрения (раз- молотый । имас- шлак, с калием, фосфатами и т. п.)	Детергенты (мыльные растворы, стиральные порошки)
Смешение	к	PR, К	к	к
Гомогенизация	к	PR, К	к	к
Растворение	к			

установки для получения пленок из пластифицированного и жесткого
ПВХ.

Установка оборудована для дозирования реагентов (аддуктов)
различной вязкости и консистенции. Комбинация аппаратов с ме-
шалками 1 и 2 позволяет предварительно перемешивать жидкие ком-
поненты и подавать их в шнековый пластикатор-смеситель непрерыв-
ного действия. Одновременно с этим независимо от других ингредиен-
тов из емкости с мешалкой (смесительного чана) 3 в пластикатор
может поступать другая жидкая добавка. Для подачи пастообразных
веществ (например, густотертых красок) предусмотрено дозирующее
устройство 4. С помощью дозирующего агрегата 5 в производствен-
ный цикл можно возвращать отходы от каландра, например в виде
крошки. Дозирующая система 6 предназначена для наполнителей,
в то время как система 7 направляет в пластикатор новую определен-
ную порцию смеси ПВХ со смазками, стабилизаторами и при необ-
ходимости с порошкообразными красителями, приготовленными
112
Таблица 17, я

Области применения осциллирующих пластикаторов

О бласти

Таблица 17, г

применения осциллирующих пластикаторов

Фармакология (различные |	смеси)	Отдельные вещества				
	шпатлевочные массы	аккумулятор- ные массы	изоляцион- ные массы	гербициды	краски
PR	PR, К	к	к	к	PR
PR	PR, К	к	к	к	PR
PR					PR

в предварительном смесителе (форсмесителе) 8. Пластикатор непре-
рывного действия («Ко-Kneter») 9 типа PR пластицирует и гомогени-
зирует смесь и продавливает материал через узел выгрузки, непосред-
ственно присоединенный в виде головки с формующим инструментом
(фильерой) 10 и специальным режущим устройством.

В зависимости от качества продукта и заданной толщины пленки
через каландр проходят различные количества материала. Регулируе-
мая фильера круглого сечения позволяет при одинаковой степени
желирования продукта бесступенчато синхронизировать произво-
дительность непрерывно работающего пластикатора с производитель-
ностью каландра в диапазоне от 10 до 100% максимальной произ-
водительности установки. Крошка (гранулят) ПВХ попадает из
разгрузочного устройства в термостатирующий канал 11, где она охла-
ждается до температуры, заданной для приемных валков каландра.

При этом производительность машины PR 200 для жесткого ПВХ
Находится в пределах от 100 до 800 кг/ч, а для пластифицированного

8 Заказ 343	ИЗ
Рис. 76. Технологическая схема установки непрерывного действия по подго-
товке композиций на основе ПВХ для питания каландров:

1—з — смесительные чаны; 4 — дозатор паст; 5—7 — дозаторы твердых веществ; 8 — фор-
смесптель; 9 — основной смеситель системы «Ко-Kneter»; 10 — круглая фильера; 11 —
термостатирующий канал; 12 — приемное устройство.

Рис. 77. Технологическая схема установки непрерывного действия для произ-
водства угольных электродных композиций:

1 — бункер для угля; 2 — бункер для связующего; 3 — ленточные весовые дозаторы; 4 —
шнековый коллектор; 5 —' шнековая машина для предварительного нагрева материала;
в — пластикатор «Ко-Kneter», 7 — ленточный конвейер; 8 — вытяжная установка; 9 —
пылеулавливающая установка.
ПВХ — от 100 до 1000 кг/ч. Машина PR 300 перерабатывает
200—1500 кг/ч жесткого ПВХ и 200—3000 кг/ч пластифициро-
ванного ПВХ.

2.	Подготовка композиций для производ-
ства угольных электродов. Согласно рис. 77, компо-
ненты угольных смесей из бункеров 1 в нуйшом количественном соот-
ношении дозируются с помощью ленточных весов 3 и подаются в шне-
ковый коллектор 4, который транспортирует материал в машину 5
для предварительного нагрева, откуда подогретый сухой материал
падает в осциллирующий пластикатор 6 типа КЕ. Связующее ве-
щество (если оно в твердом состоянии) из бункера 2 другим ленточ-
ным весовым дозатором 3 подается также в зону загрузки пластика-
тора, где интенсивно, перемешивается с предварительно подогретыми
угольными компонентами. Применение твердого связующего требует
дополнительной зоны пластикации для его расплавления, поэтому
в схеме предусмотрены два установленных последовательно друг
за другом пластикатора. При использовании жидких горячих свя-
зующих (смол), как правило, достаточно одной пластицирующей
машины, в которую связующее подается из бункера-хранилища
с помощью дозирующего насоса.

Перемешанная электродная масса в зависимости от содержания
связующего выходит из пластикатора в виде сухих кусков или пла-
стичных комков величиной с кулак. Материал охлаждается на лен-
точном транспортере 7 и затем окончательно перерабатывается (фор-
муется). Пылеулавливающая установка 9 и система отсасывающих
устройств 8 обеспечивают соответствующие санитарно-технические
условия производства.

Анодные массы «Soederberg», которые вследствие высокого содер-
жания связующего значительно мягче, непосредственно на выходе
из машины разрезаются на отдельные брикеты.

Пропускная способность (производительность) пластикатора
«Ко-Kneter» типа К 500 КЕ составляет —6000 кг/ч.

При содержании связующего 18% потребная мощность привода
равна 150 кВт, а при 35% достаточно НО кВт.

3.	Приготовление теста для хлебобулоч-
ных изделий. Осциллирующий пластикатор типа К приме-
няется в этом случае в составе полностью автоматизированных уста-
новок. В соответствии со схемой, представленной на рис. 78, дрожжи,
соль и сахар раздельно растворяются в четверти необходимого коли-
чества воды в емкостях 4, 6 и 8. Другая четверть воды вводится не-
посредственно в процессе переработки, так что общее количество
подаваемой воды может легко регулироваться. Температура воды
задается и поддерживается с помощью смесительного устройства
(батареи) с горячей и холодной водой. Указанные растворы пере-
текают в промежуточные емкости 5, 7 и 9, а емкость 10 служит
сборником свежей воды. В термостатированных емкостях 11 и 12
содержатся предварительно приготовленные жиры или масло
и яйца в состоянии, пригодном для перекачивания насосами. Отдель-
ные компоненты в консистенции, позволяющей дозировать их
Продукт	К KR 140 S		K.'KR
	производитель- ность, кг/ч	мощность при- вода, кВт	производитель- ность, кг, ч
Тесто и тому подобные массы	200-500	4—11	400—1000
Шоколад	200-500	2-6	400—1000
Сахарные массы	100—250	4—7	250—600

насосом, и соответствующих рецептуре соотношениях направляются
многоскальчатым насосом 13 через коллектор 14 в осциллирующий
пластикатор-смеситель 1. Мука через весовой ленточный дозатор 2
и вертикальную шахту 3, оснащенную регулирующей заслонкой,
также подается в зону загрузки машины.

Рис. 78. Технологическая схема установки непрерывного действия для при-
готовления хлебного теста:

I — холодная вода; II — горячая вода; III — дрожжи; IV— соль; V — сахар; VI — жир;
VII — яйца; VIII — мука;

1 — смеситель «Ko-Kneter»; 2 — ленточный весовой дозатор; 3 — вертикальная шахта;
4, 6, 8 — бункеры; 5,7,9 — промежуточные бункеры; 10 — бак с водой; п, 12 — бункеры
с системой термостатирования; 13 — многоступенчатый дозирующий насос; 14 — коллектор;

15 — ленточный транспортер.

После процессов смешения и пластикации приготовленное тесто
направляется на ленточный транспортер 15 и далее в последующие
разделочные и формовочные машины и аппараты. В табл. 18 приве-
дены данные по производительности и мощности привода осцилли-
рующих месительных машин при приготовлении теста, а также для
других процессов пластикации в пищевой промышленности.
Таблица 18

Производительность п мощность привода
осциллирующих пластикаторов, используемых в пищевой промышленности

200 S	K/KR 250 S		К,- KR 300 S	
мощность при- вода, кВт	производитель- ность, кг. ч	мощность при- вода, кВт	производитель- ность, кг/ч	мощность при- вода, кВт
6-22	800—1750	11—30	1200—3000	15—65
5—11	700—1800	7-19	1500—3500	11—26
7—15	500—1000	11—22	1000—2000	19—37

3.3.5. Экструдер с планетарными шнеками

Экструдер с планетарными рабочими органами является шнеко-
вым пластикатором непрерывного действия, месительная зона кото-
рого выполнена в виде планетарных валков *. Такие машины изго-
тавливаются заводами «Schalker Eisenhiitte» (ФРГ) и используются
преимущественно для подготовки композиций жесткого и пластифи-
цированного ПВХ, а также для получения концентратов («выпуск-
ных форм») пигментов для пластмасс.

Рис. 79. Продольный разрез «планетарного» экструдера.

Машину (рис. 79) можно разделить на зоны загрузки, пласти-
кации и гомогенизации, а также нагнетания (дозирования) [58].
Зона пластикации имеет центральный вал (шпиндель) с нарезкой,
выполненной с углом подъема винтовой линии 45°. В зацеплении
с этим центральным шнековым валом находятся шесть планетарных
шнеков (червяков), которые в свою очередь сопрягаются с внутрен-
ней нарезкой обогреваемого снаружи цилиндрического корпуса
машины. Когда центральный шнековый вал приводится во вращение,
малые червяки п.Фнетарно обкатывают его, свободно вращаясь
между корпусом >1ОТтины и центральным валом. Они не имеют опор
и в процессе работ£Г‘«свободно плавают» в пластической массе. Каж-
дый планетарный червяк служит как бы винтовым насосом, поскольку
его нарезка находится в зацеплении с нарезкой центрального (глав-
ного) шнека, с одной стороны, и внутренней нарезкой цилиндра —
с другой.

* Для обозначения машин описываемого типа применяется также термин
«планетарно-вальцевые экструдеры». — Прим. ред.
Перерабатываемый материал подается в осевом направлении
внутрь машины коротким загрузочным шнеком, продвигается далее
вперед по ходу машины и затем провальцовывается (разделяется)
на тонкие слои в многочисленных зазорах зацеплений.

Если представить себе плоскостную развертку основного (цент-
рального) шнека так, чтобы все гребни витков проходили под углом
45э и обкатку этой развертки нарезкой планетарного червяка, то
будет понятно, что каждый гребень («зуб») малого червяка при набе-
гании на сопряженную с ним межвитковую впадину ответного
шнека в первую очередь вызывает вытеснение материала в посту-
пательном направлении под углом 45°. В результате обеспечивается
хорошее транспортирование в зоне гомогенизации, а также самоочи-
стка системы. При этом можно переходить на переработку материала
другого цвета без демонтажа машины при небольшом промежуточном
пробеге («прогоне»).

Пластическая масса, которая попадает в зазор между гребнями,
постоянно подвергается кратковременному локальному вальцеванию,
но вследствие вращения («раскатывания») с нее быстро снимается
нагрузка, и она высвобождается.

Вследствие такой тонкослойной развальцовки в полимере за очень
короткое время выделяется теплота, необходимая для пластикации,
материал перемешивается, пластицируется и при этом гомогенизи-
руется. В зависимости от частотй вращения основного (центрального)
шнека и вальцующего узла время обработки материала составляет
от 0,5 до 2 мин.

Пластицированный и гомогенизированный материал захваты-
вается последовательно смонтированным коротким шнеком зоны на-
гнетания и экструдируется через фильеры с цилиндрическими отвер-
стиями или формующий инструмент другого сечения. Диаметр нагне-
тающего шнека примерно соответствует внутреннему диаметру
цилиндра в планетарной части. Длина зоны нагнетания в зависимости
от технологических задач колеблется от 2 до 4Z).

Если нужно проводить дегазацию перерабатываемого материала,
короткий шнек зоны нагнетания может быть заменен трехсекционным
шнеком. Средняя часть такого шнека выполнена как зона декомпрес-
сии, на участке которой через отверстие в цилиндре могут отводиться
летучие компоненты.

Для привода планетарного экструдера обычно применяются
электродвигатели с регулируемой частотой вращения.

Планетарные экструдеры выпускаются различных типоразмеров.
Основные характеристики их приведены в табл. 19. Числовой сим-
вол в обозначении типа машины примерно отвечает диаметру ци-
линдра в планетарной ча'сти [59].

Важнейшими областями применения планетарных экструдеров
являются гранулирование и питание каландров пластифицирован-
ным и жестким ПВХ, производство концентратов пигментов для пласт-
масс и подготовка термореактивных сухих лаков и пресс-порошков.
В табл. 19 даются максимальные значения производительности
машин для характерных областей применения.
Таблица 19

Тины и технические характеристики планетарных ^экструдеров *

Тип (модель)	Частота враще пия шнека, об/мин	Мощность привода, кВт	Максимальная про- изводительность, кг/ч ,		Загрузка каландра жестким ПВХ, кг	Загрузка каландра пластифици- рованным ПВХ, кг
			гранули- рование жесткого  ПВХ	гранули- рование пласти- фициро- ванного  ПВХ		
Р 70	11—45	7,5	50	60				
Р 100	7—30	4-15	120	160	—		
Р 150	6-24	8-32	250	450	•500	600
Р 200	6-24	17,5—70	600	950	900	1200

* Кроме описанных автором машин с шестью планетарными шнеками производства
«Schalker Eisenhutte» планетарно-вальцевые экструдеры выпускаются другой фирмой
ФРГ «Eickhoff». Эти машины PWE 120 PV, PWE 100 L и PWE 150 GV и т. д. (всега
6 типоразмеров с числом планетарных шнеков от 6 до 12) имеют зону дегазации и ос-
нащаются плоскошелевой или гранулирующей головками; производительность их нахо-
дится в пределах 200—800 кг/ч. — Прим. ред.

3.3.6.	Двухшнековая машина «Welding Engineers»

Оба шнека машины «Welding Engineers» вращаются навстречу
ДРУГ ДРУГУ по типу валковой системы и не входят в зацепление
(см. рис. 13). По конструктивным данным зти машины могут исполь-
зоваться как в качестве шнековых пластикаторов, так и шнековых
испарителей. Машины изготавливаются фирмой «Welding Engineers
Inc.» (США) с 1945 г.

Важнейшими областями применения являются процессы смешения
и гомогенизации при подготовке термопластов и удаление летучих
компонен’гов из термопластов и эластомеров. Применение этих машин
в качестве шнековых испарителей описано в разделе 3.7.1.

Оба шнека имеют различную длину, так что можно считать один
шнек главным, а другой вспомогательным. Главный шнек проходит
от зоны загрузки до решетки и передает осевое усилие, возникающее
от противодавления в последней зоне, на свой упорный подшипник.
Вспомогательный шнек заканчивается после собственно технологи-
ческой части, в которой осуществляются пластикация, смешение,
гомогенизация и дегазация, и направляет находящийся в нем мате-
риал к началу зоны нагнетания главного шнека.

По этой причине вспомогательный шнек не испытывает противо-
давления решетки (головки) и для него достаточен небольшой осевой
подшипник. Конструктивная схема машины с главным и вспомога-
тельным шнеками (рис. 80) обеспечивает возможность относительно
простого и надежного инженерного решения привода и опор шне-
ков [60—62].
Питание машины обычно осуществляется специальными дозиру-
ющими устройствами (агрегатами), так что производительность регу-
лируется дозировкой. Вращающиеся навстречу друг другу неза-
цепляющиеся шнеки с глубокой нарезкой в зоне загрузки облегчают
питание и обеспечивают возможность захвата материалов с плохой
сыпучестью, например, таких, как порошкообразные вещества с низ-
кой насыпной плотностью или крупная эластомерная крошка.

Шнекп п материальные цилиндры сконструированы из отдельных
элементов и могут собираться в зависимости от конкретных техноло-
гических требований. Шнеки состоят из отдельных свинчиваемых
секций с различным углом подъема винтовой линии и глубиной

Рис. 80. Опора п привод основного п вспомогательного шнеков двух-
шлековой машины производства «Welding Engineers».

нарезки. Материал пластицируется и перемешивается между обоими
противовращающимися шнеками подобно тому, как это происходит
в валковых машинах. Для развития давления и чрезвычайно высоких
сдвиговых усилий можно использовать шнековые секции с винто-
выми нарезками, направленными навстречу друг другу. Эти секции
служат также для уплотнения вакуумных зон дегазации от нормаль-
ного давления. Шнеки могут быть охлаждаемыми. Корпус тоже со-
стоит из отдельных секций, имеющих резьбовое соединение, и может
собираться до общей длины, отвечающей отношению рабочей длины
к диаметру от 16 : 1 до 70 : 1. Секции материального цилиндра осна-
щены износостойкими элементами системы «Xaloy»*. Наряду с нор-
мальными, закрытыми («глухими») секциями корпусов исполнение
зон загрузки и дегазации может быть различным — с относительно
небольшими круглыми отверстиями или с большими четырехуголь-
ными дегазационными проемами. Жидкие компоненты могут вво-
диться в машину через специальные эжекциопные отверстия. Кон-
струкции материальных цилиндров предусматривают, как правило,
возможность жидкостного или парового обогрева.

В зависимости от конкретных требований технологического про-
цесса двухшнековые машины «Welding Engineers» оборудуются
приводом с регулируемой или постоянной частотой вращения. Ана-
логично этому в зависимости от требуемой мощности приводы могут

* Элементы системы «Xaloy» — это сменные гильзы, изготовленные из ста-
лей с повышенной твердостью п износостойкостью п запрессованные в ци-
линдр. — Прим. ред.
оснащаться лпоо стандартными, лпоо мощными редукторами, рассчи-
танными на большие крутящие моменты и высокие частоты вращения.

Двухшнековая машина «Welding Engineers» изготавливается
шести типоразмеров. Важнейшие технические характеристики и
средние значения производительности различных моделей сведены
в табл. 20 [61,62]. Кроме того, в табл. 20 представлены значения
так называемого фактора роста производительности *.

Таблица 20

Типы и технические характеристики двухшнековых машин
«Welding Engineers»

Тип	Диаметр, шпека, мм	Стандартный редуктор		Редуктор повышен- ной мощности		Фактор роста про- изв одитсльпости	Средняя произво- дительность, кг/ч
		максималь- ная частота вращения, об/мин	максималь- ная мощ- ность, при- вода, кВт	максималь- ная частота вращения, об/мин	максималь- ная мощ- ность при- вода, кВт		
0,8	20	500	3,7					о,1	5-12
2000	51	300	22	500	74	1,0	50-120
2800	71	300	44	—	—	2,0	100—240-
3500	89	300	89	500	370	4,0	200—480
4500	114	300	178	500	590	7,5	380—900
6000	152	300	445	500	2200	15,0	750-1800

3.3.7.	Двухшнековый смеситель DSM

Двухшнековый смеситель DSM представляет собой машину со
спаренными взаимозацепляющимися вращающимися в одном напра-
влении шнеками с месительпыми лопастями, аналогичными элемен-
там закрытых смесителей периодического действия.

Смеситель DSM разработан на базе описанного выше пластика-
тора с противовращающимися рабочими органами «Knetwolf» фирмы
«Fried. Krupp AG» и машины «Еск-Mixtruder», изготовленной фир-
мой «Josef Eck u. Sohne» в 1950 г., и выпускается фирмой «Krauss
Maffei» (ФРГ) — см. раздел 2.2 [63, 64]. Двухшнековые смесители
DSM применяются главным образом для процессов смешения и гомо-
генизации при подготовке различных композиций на основе термо-
пластов.

Принцип действия. Технологический блок (рис. 81) состоит
из трех секций — зоны загрузки, зоны смешения и пластикации с дрос-
селирующими элементами и зоны нагнетания (дозирования). В соот-
ветствии с этим каждый вращающийся рабочий шнековый вал также
состоит из трех элементов, называемых соответственно загрузочным

* Фактор роста производительности — величина, показывающая во сколько
раз производительность машины больше производительности, принятой условно
за единицу. В данном случае за единицу принята производительность машины
типа 2000. — Прим. ред.
шнеком, месительной лопастью и разгрузочным (напорным) шнеком.
Загрузочные шнеки с большим межвитковым объемом и глубокой
нарезкой захватывают перерабатываемый материал и транспорти-
руют его в зону (камеру) смешения, в которой он пластицируется
и перемешивается под давлением двумя взаимозацепляющимися
месительными лопастями. Давление в камере смешения можно уста-
навливать, регулируя в достаточно широких пределах величину двух
конических дросселирующих зазоров. После прохождения дроссе-
лирующих зазоров материал попадает в напорные шнеки, которые
вращаются в отделенных друг от друга полостях корпуса. В зоне
этих разгрузочных шнеков могут иметься дегазационные отверстия.

Рпс. 81. Технологический блок двухшнекового смесителя DSM:

1 — главный привод; 2 — опора шнеков; 3 — гидросистема перемещениярпнеков; 4 — осе-
вой подшипник; S — приводная шестерня; « — загрузочное отверстие; 7.— камера смеше-
ния; в — дроссель с конической щелью; 9 — разгрузочный шнек; 10*— каналы для быстрого
воздушного охлаждения корпуса; 11 — электрический обогрев корпуса; 12 — решетки
(фильеры).

Оба разгрузочных шнека нагнетают материал через фильеры со мно-
жеством отверстий или другой формующий инструмент в зависимостп
от заданной формы экструдата. Таким образом, в двухшнековом
смесителе DSM сочетаются рабочие элементы двухшнекового экстру-
дера, смесителя закрытого типа и двух одношнековых экструдеров
[65-69].

Регулируя величину площади поперечного сечения (ширину
кольцевого зазора) дросселирующего элемента, можно воздействовать
на важнейшие технологические параметры процесса смешения,
например напряжение сдвига, давление, рабочее время пребывания
материала в смесительной камере, температуру материала и качество
диспергирования (гомогенизации) перерабатываемого продукта. Дру-
гими регулируемыми параметрами процесса смешения являются
частота вращения шнековых валов, температурный режим на поверх-
ностях шнеков и цилиндра, а также производительность. Установка
ширины дросселирующего зазора осуществляется путем осевого
перемещения шнековой пары с помощью гидроприводного поршня;
ее можно производить также и при работающей машине («на ходу»).

Корпус машины в зоне смешения имеет электрический обогрев
и воздушное охлаждение. Шнековые валы полые за счет внутренних
сверлений и могут термостатироваться с помощью воды или пара.

Смеситель DSM загружается регулируемыми объемными или
весовыми (гравиметрическими) дозирующими устройствами. Обычно
используется принцип неполной дозировки, т. е. так называемый
«голодный» режим работы зоны загрузки.

Как загрузочные шнеки, так и месительные лопасти зоны пласти-
кации и смешения находятся во взаимном зацеплении друг с другом.
Например, за полный оборот вала гребень одной месительной ло-
иастп по всей боковой поверхности соприкасается с профилем дру-
гой с очень малым зазором (небольшой «игрой»). За счет этого исклю-
чается образование «мертвых» зон и налипание материала на поверх-
ностях шнековых валов.

К смесителю DSM могут быть подключены дополнительные агре-
гаты и разгрузочные устройства, например фильтры со сменными
сетками, профилирующие и плоскощелевые головки, фильеры с от-
верстиями для горячего гранулирования и специальные приспособле-
ния для дальнейшего питания валковых машин (каландров).

Конструктивное исполнение. Оба шнековых вала выполнены
из нитрированной стали. При желании для переработки абразивных
материалов они могут быть полностью или частично покрыты сплавом
карбидов вольфрама. Корпус машины охватывает зоны загрузки,
смешения и участок дросселирующего элемента. К нему на фланцах
присоединен корпус с двумя цилиндрами для разгрузочных шнеков.
Корпус этих шнеков изготовлен также из нитрированной стали. Он
укреплен на станине машины откидными болтами и при чистке ма-
шины может отводиться на роликах.

Редуктор машины выполнен так, что привод малых шестерен
одинаково вращающихся шнековых валов осуществляется от одной
широкой ведущей шестерни. При регулировании зазора переме-
щается весь привод и малые вал-шестерни не выходят из зацепления
с широкой ведущей шестерней.

Техническая характеристика. Двухшнековый смеситель DSM
производится двух типов: DSM 100 и DSM 260. В этих обозначениях
число указывает на величину межосевого расстояния рабочих орга-
нов, выраженную в мм. Обе указанные модели машин при тех же гео-
метрических параметрах раньше именовались соответственно DSM 70

Таблица 21

Типы (модели) и технические характеристики двух шнековых машин

Старое обозна- чение модели	Новое обозна- чение модели	Диаметр гчнеков, мм			Межосепое расе 10- яште, мм	Ширина зазора дроссслирующех о элемента, мм	Частота вращения шнеков, об/мин	Максимальная мощность привода,  кВт	Мощность нагрева, кВт
		в зоне за- грузки	в зоне сме- щения	в зоне раз- грузки					
DSM ,и	DSM 100	по	по	70	100	0,2-9	38 — 140	60	12,8
DSM 150		300	300	150	250	0,2—6,9	16,3—60  24,5—90	180	41
	DS.M 200	300	300	150	200	0,2—10	==Л20	350	48
и DSM 150. В старых обозначениях числа соответствовали величинам
диаметров разгрузочных шнеков (в мм). В табл. 21 приведены
важнейшие характеристики новых и старых типов описываемых ма-
шин. Смеситель DSM 260 имеет свободный объем зоны смешения
'—12,5 л, а глубина нарезки шнекового вала в зонах смешения и
загрузки составляет 41 мм.

Применение. Двухшнековые машпны тппа DSM применяют
почти исключительно для подготовки композиций на основе термо-
пластов. В качестве типичных примеров следует упомянуть процессы
гомогенизации и окрашивания полиэтиленов высокого и низкого
давления (соответственно низкой и высокой плотности) или полипро-
пилена, гранулирования пластифицированного ПВХ, загрузки ка-
ландров пластифицированным или жестким ПВХ, сплавления («ле-
гирования») различных термопластов друг с другом и регенерации
(вторичной переработки) отходов пластмасс. В табл. 22 приведены
данные по производительности двух моделей машин DSM для различ-
ных термопластов и технологических процессов [66].

Таблица 22

Производительность машин типа DSM дли некоторых процессов и материалов

Модель	Производительность, кг/ч		
	гомогенизация и окрашивание ПЭВД и пэнд	гранулирование пластифицирован- ного ПВХ	загрузка(питание) каландров жестким ПВХ
DSM 100	200-250	240	200
DSM 260	1100	1300	1100

3.3.8. Пластикатор системы «Continuous Mixer FCM»

«Continuous Mixer FCM» — это фирменное наименование шнеко-
вого пластикатора с двумя незацепляющимися вращающимися на-
встречу друг другу шнеками. Как и в закрытых смесителях периоди-
ческого действия, шнеки описываемого пластикатора оснащены
месительными элементами (кулачками). За пластикатором FCM
обычно устанавливается одношнековый экструдер, оборудованный
гранулирующим устройством.

Основными областями применения описываемого пластикатора
являются процессы смешения и гомогенизации при подготовке ком-
позиций на основе термопластов и эластомеров.

Пластикатор «Continuous Mixer FCM» изготавливается в США
фирмой «Farrel Corp», в Англии фирмой «David Bridge Со Ltd»
и в Италии фирмой «Pomini — Farrel».

Принцип действия. Технологический блок машины FCM состоит
из узла загрузки и камеры смешения, содержащей два противовра-
щающихся вала (ротора), которые для повышения эффективности
124
смешения работают с фрикцией, т. е. с различными частотами вра-
щения (рис. 82) [70—75]. Каждый вал-ротор в зоне загрузки выпол-
нен как шнек, а затем приобретает форму месительного кулачка
(рпс. 83). Рабочпе органы машины не входят в зацепление друг с
другом. В зоне загрузки до входа в камеру смешения они вращаются

Рпс. 82. Вид в плане смесителя FCM при снятой камере смешения.

в отдельных сверленых полостях и, кроме того, имеют опоры
в конце камеры смешения. Материал выходит вниз через разгрузочное
отверстие, сечение которого может изменяться заслонкой, переме-
щаемой на крупногабаритных машинах с помощью гидропривода.
Поскольку машина не является

самоочищающейся, ее конструк-
ция предусматривает возмож-
ность быстрого демонтажа (раз-
борки) и очистки технологиче-
ского блока. Для этого корпус
рабочей камеры смешения мо-

жет откатываться по направля-
ющим станины и сниматься
с неподвижных валов-роторов,
перемещаясь до специального
поворотного стола. Доступ рпс gg продольный разрез машины

к корпусу машины улучшается	FCM.

при его повороте на этом столе

на 60 по отношению к нормальному (рабочему) положению. В круп-
ногабаритных машинах корпус камеры смешения и поворотный стол
приводятся в движение с помощью гидросистемы с дистанционным
Управлением.

Корпус камеры смешения оснащен двойной рубашкой для паро-
вого обогрева или водяного охлаждения. Кроме того, в корпусе име-
ется отверстия, которые могут быть использованы для измерения
Температуры материала или для ввода жидких компонентов. Рабо-
чие органы машины выполнены полыми и могут охлаждаться водой
Или обогреваться паром. Подача хладагентов (теплоносителей)
йля охлаждения (нагрева) производится двумя вращающимися го-
товками, укрепленными на конце корпуса камеры смешения.
В соответствии с технологическими требованиями машины типа
FCM оборудуются приводом с регулируемой частотой вращения.
Машина питается не из заполняемой бункерной воронки, а в зави-
симости от количества компонентов одним или несколькими весовыми
ленточными дозаторами. Работа ведется с недостаточной загрузкой
(«голодный» режим). Производительность при этом определяется
только количеством материала, поданного весовымп дозаторами.
Рабочее время, т. е. время пребывания материала в машине, кроме
дозировки зависит прежде всего от заданной величины выходного
сечения зоны смешения (другими словами, от противодавления,
создаваемого в камере смешения), а также от частоты вращения
рабочих органов. В соответствии с этим эффективность смешения
можно варьировать прежде всего изменением величины противо-
давления, частоты вращения валов-роторов и производительности
(расхода). Температура материала регулируется также заданием
величины противодавления, частоты вращения рабочих органов
и температурного режима в зоне смешения. Таким образом, при раз-
личных расходах можно добиваться одинаковой температуры про-
дукта. При работе по описанному принципу эффективность смешения
и гомогенизации мало зависит от величины зазоров между ротором
и корпусом камеры смешения. Поэтому при конструировании ма-
шины отказались от малых рабочих зазоров.

В описываемой машине достигается весьма значительный эффект
так называемого продольного смешения. Это выражается в том, что
при определенных рабочих режимах с основным материальным по-
током можно эффективно перемешивать дополнительные компоненты,
которые дозируются в машину порциями с интервалом в 15 с. Гото-
вый перемешанный пластичный материал выходит из машины в виде
прутков или лент и при свободном падении подается в следующую
последовательно установленную машину. Задачей второй машины
является придание подготовленной полимерной композиции соот-
ветствующей формы, например перевод ее в гранулят, удоб-
ный для дальнейшей переработкп. В процессе перехода переме-
шанного материала в виде прутков из машины FCM в экструзи-
онную (формующую) машину возможно удаление летучих компо-
нентов.

В качестве формующей машины для термопластов чаще всего ис-
пользуется одношнековый экструдер с устройством для подводной
грануляции, однако агрегат на базе наиболее крупногабаритной
машины модели 15 FCM комплектуется вальцами и устройством
для последующей резки на гранулы вальцованных лент («ленточным»
гранулятором).

Конструктивное исполнение. Камера смешения машины FCM
состоит из трех секций — начальной (входной) зоны, собственно
зоны смешения и концевой зоны [70, 71, 76—80]. Корпус первой
секции выполнен из стального литья, причем внутренняя поверх-
ность цилиндра хромирована и имеет повышенную твердость. Вторая
секция (собственно камера смешения) изготовлена также из сталь-
ного литья, но в нее запрессованы сменные гильзы; внутренняя
126
поверхность корпуса последней секции, аналогично первой, твердо-
хромирована.

Основные рабочие органы (валы-роторы) из легированной стали
хромированы, а гребни шнеков и наружные кромки месительных
кулачков покрыты специальным твердым сплавом (стеллитом) или
карбидом вольфрама. Для переработки материалов, вызывающих
особенно интенсивный износ, поставляются валы-роторы, целиком
покрытые сплавом стеллит.

Характеристики машины. Выпускается пять моделей (типораз-
меров) машин FCM с производительностью до 9 т/ч. В табл. 23 при-
ведены основные характеристики различных моделей машин FGM
и последующих формующих машин [70, 71, 80].

Таблица 23

Типоразмеры и технические параметры машин FCM

Тип (модель)		Наруж- ный диа- метр ротора, мм	Свобод- ный объ- ем каме- ры сме- шения, л	Макси- мальная частота враще- ния ро- тора, об/мин	Макси- мальная мощность привода, кВт	Макси- мальный расход охлаж- дающей воды, м’/ч •	Диаметр шнека до- полни- тельного экструде- ра, мм	Отноше- ние ди- аметр : ширина дополни- тельной формую- щей вал- ковой машины, мм
2	FCM	50,8	0,35	1150	23	5,4		
4	FCM	101,6	2,7	500	75	12	152,4;  215,9	
6	FCM	152,4	9,1	350	260	21	215,9;  254	
9	FCM	228,6	30,7	300	890	34	254;  304,8;  381	
15	FCM	381	124,0	200	1860	68	457;  559 *	710/2135

* В стадии разработки.

Применение. Типичными областями применения описываемых
машин являются процессы смешения и гомогенизации полиэтиленов
высокого и низкого давления, полипропилена, жесткого и пластифи-
цированного ПВХ, приготовление композиций для линолеумов
л покрытий на основе ПВХ, полистирола и АБС. Особенно следует
упомянуть гомогенизацию материала в процессе получения пленоч-
ных изделий из полиэтилена высокого давления, окрашивание
названных выше полимеров и получение концентратов («выпускных
форм») пигментов для пластмасс. Другие области применения —
предварительный подогрев резиновых смесей для шприц-машин
Ж питания каландров, приготовление резиновых смесей для шинной
Промышленности, получение твердого ракетного топлива и угольных
Электродных масс.
В табл. 24 указаны величины максимальной производительности
различных моделей машин FCM для нескольких примеров их исполь-
зования [70, 71, 80].

Таблица 24

Максимальная производительность машин FCM
для некоторых процессов

Тип (модель)	Максимальная производительность , кг/ч		
	гомогенизация (рафинирование)  ПЭВД	приготовление ком- позиций (компаун- дов) пластифици- рованного ПВХ	приготовление протекторных сме- сей на основе ка- учуков
2 FCM	ПО	130	130
4 FCM	450	540	450
6 FCM	1600	2280	1600
9 FCM	4500	4500	Збио
15 FCM	9000	9000	6800

3.3.9. Двухшнековая машина ZSK
с месительпыми кулачками
Двухшнековый экструдер с месительпыми кулачками (шайбами)
типа ZSK является шнековым пластикатором с взаимозацепляющи-
мися и вращающимися в одном направлении шнеками. В качестве
перемешивающих и пластицирующих рабочих органов в такой ма-
шине используются месительиые шайбы-кулачки. Шнеки машины
ZSK имеют взаимно уплотнительный самоочищающийся профиль
и смонтированы из сборных элементов (насадок). Основные конструк-
тивные принципы были запатентованы еще Р. Эрдменгером и В. Мес-
катом (см. раздел 2.2). Различные модели и типоразмеры двухшнеко-
вых экструдеров с месительпыми кулачками типа ZSK выпуска-
ются с 1955 г. фирмой «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ) [81—84].

Основными областями применения машин ZSK являются про-
цессы подготовки термопластичных и термореактивных пластмасс,
получение красок и лаков, клеящих веществ, фармакологических
и пищевых продуктов, а также проведение реакционных процессов
полимеризации и поликонденсации в вязкопластичной среде неко-
торых полимеров.

Вследствие многообразия вариантов системы сборки машины типа
ZSK могут быть смонтированы и применены как шнековый пласти-
катор, шнековый испаритель, отжимной шнек-пресс и шнековый
реактор. В этой главе основное внимание уделено описанию машины
ZSK в качестве шнекового пластикатора *. О применении этих машин
в качестве шнековых испарителей и реакторов см. разделы 3.7.2
и 3.8.2.

* Машина ZSK достаточно подробно описана в отечественной литературе
см., например, [1, 10] в дополнительной литературе. — Прим. ред.
е Машина ZSK выпускается в различных модификациях, отличия
между которыми обусловлены, с одной стороны, областями их при-
менения, а с другой — историческими факторами. Для удобства
- рассмотрения все типы машин рекомендуется разделять на главный
и вспомогательный ряды первого и второго «поколения». Первый
основной ряд включает два типоразмера мащин закрытой конструк-
ции — ZSK 83 с длинами цилиндров 700,1100 или 1450 мм и ZSK 120
с длиной корпуса 1500 мм. Цифры в обозначениях типов (моделей)
соответствуют величине наружного диаметра шнеков, выраженной
в мм. Машины первого «поколения» отличают от ряда машин вто-
рого «поколения», которые обозначают также буквенными симво-
лами ZSK с дробной чертой, после которой следует слово «вариацион-
ная» (v). Эти машины имеют так называемую открытую конструкцию
и могут изготавливаться с изменяющейся длиной корпуса. Машины
ZSK/v подробнее описываются ниже.

В то время как серии (ряды) машин ZSK рассчитаны на отно-
сительно большие крутящие моменты и высокие энергозатраты, для
процессов, требующих относительно небольших крутящих моментов,
был разработан вспомогательный ряд машин типа ZDS-К. По кон-
струкции технологического блока и эффективности геометрической
конфигурации шнеков эти машины не отличаются от машин ZSK
соответствующих типоразмеров. Их приводы, редукторы и станины
рассчитаны только на более низкие, чем машины типа ZSK, крутящие
моменты. Машины ZDS-К также следует разделять на два «поколе-
ния»: первый ряд машин закрытой конструкции, который включает
модели ZDS-K 53 и ZDS-K 83, и второй ряд машин ZDS-K/v открытой
конструкции. Подробнее ряд машин ZDS-K/v будет описан ниже.

Наряду с сериями ZSK и ZDS-К следует упомянуть о комбина-
циях этих машин друг с другом или с одношнековыми напорными
машинами.

Наконец, необходимо указать на специальный тип машин, выпу-
скаемых под названием «двухшнековые пластицирующие машины
ZPS», отличительным признаком которых является относительно
большая глубина нарезки шнеков и, следовательно, большой рабочий
объем машины и относительно низкая мощность привода. Машины
типа ZPS служат для проведения относительно простых процессов
смешения и пластикации.

Ряд (серия) машин ZSK/v

Конструктивное исполнение. Машина сконструирована из сбор-
ных секционных элементов. Она состоит из отдельных узлов-блоков,
таких как технологический блок, редуктор, группа упорных под-
шипников, приводной двигатель, вспомогательный привод и цирку-
ляционная система смазки (рис. 84). Эти основные блоки установлены
на отдельных фундаментах и в зависимости от производственных
площадей могут по разному монтироваться (сочленяться) друг с дру-
гом.

Технологическая часть в основном состоит из двух шнеков и ма-
териального цилиндра (корпуса). Шнековые валы технологического
блока разъемно соединены с приводными валами редуктора через
эвольвентные зубчатые муфты, так что при замене шнеков их можно
отсоединять от валов редуктора и извлекать (вытягивать) из материаль-
ного цилиндра. Шнеки и корпус собраны по так называемому блоч-
ному принципу, т. е. из составных элементов. Каждый шнек состоит
из непрерывного несущего вала-стержня, на который могут наде-
ваться (как показано на рис. 85) шнековые элементы (элементы с вин-
товой нарезкой) и месительные шайбы-кулачки, защищенные от про-
ворачивания проточками и пружинами. Имеются шнековые

Рис. 84. Двухшнековый экструдер с меспте.тьными кулачками ZSK 160.

элементы с различным углом подъема винтовой линии, направлением
нарезки и длиной, а также месительные кулачки различной ширины,
которые могут устанавливаться со смещением (под различными угла-
ми «набегания»). Шнеки расположены параллельно друг другу
и при одинаковом направлении вращения взаимно зацепляются.
Профиль шнековых элементов и месительных кулачков выбран
таким образом, что оба шнека в целом с небольшим зазором (малой
«игрой») сопрягаются друг с другом. Эти геометрические отношения
характеризуются так же, как уплотнительный контактный профиль
(«беззазорное» сопряжение) шнековых валов (рис. 86).

Корпус состоит пз отдельных свинчиваемых цилиндрических
секций, которые через направляющие плиты (щеки) опираются
на направляющие трубы и через них далее на опорные плиты (см.
рис. 84). Длина одной секции составляет L — 3D. Могут исполь-
зоваться секции материального цилиндра в различных исполнениях:
глухие секции корпуса, секции с загрузочными отверстиями, секции
с боковыми отверстиями для подсоединения «боковых» машин.
Каждая секция может обогреваться электрически или с помощью жид-
кого теплоносителя, а также охлаждаться жидкостью. Во всех сек-
циях корпуса предусмотрены отверстия для установки датчиков
температуры корпуса, температуры и давления расплава. Послед-
ние два типа отверстий могут служить также для дозированного ввода
жидких компонентов.

Рис. 85. Расположение месительных кулачков и шне-
ковых элементов на валу сборного шнека.

Обычно материальные цилиндры, а также шнековые и меситель-
ные элементы изготавливаются из азотированной стали. При нагруз-
ках, вызывающих сильный износ, корпус и элементы шнеков защи-
щают покрытием из сплава на основе карбида вольфрама.(При

Рис. 86. Взаимозацепляющиеся шнековые элементы
с уплотнительным контактным профилем.

корродирующем воздействии среды названные узлы шнека могут по-
крываться сплавом типа стеллита или целиком изготавливаться
из хромистой стали.

Машины приводятся от трехфазного электродвигателя или
двигателя постоянного тока. Для промышленных машин большой
мощности, как правило, применяют двигатели трехфазного токад
которые обеспечивают только постоянную частоту вращения рабочих
органов. Для того чтобы пуск машины был плавным, кроме трех-
фазного двигателя дополнительно предусматривают вспомогатель-
ный привод. При этом используют трвхфазш® двигатели с так назы-
ваемыми проходными валами, т. е, с двумя выходящимж концами
валов. Главный и вспомогательный приводы соединены межд\  »б <
через кулачковую муфту предельного момента. Привод электрически
сблокирован так,, что сначала -может включаться только вспомога-
тельный привод, который, с одной стороны, способен развить пол-
ный допустимый крутящий момент, а с другой — приводит машину
в постоянной частотой вращения шнеков, равной лишь 4 об/мин.
Таким образом, машина без затруднений может быть пущена в ра-
боту и работать на холостом ходу при низкой частоте вращения шне-
ков. Только тогда, когда величина крутящего момента упадет ниже
определенного значения, может включаться главный приводной
двигатель. Одновременно с этим главный и вспомогательный приводы
разъединяются, п вспомогательный привод останавливается.

Двигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения
применяются в том случае, если это требуется по условиям техно-
логии, пли для машин малой мощности, например в лабораторных
или пилотных установках.

Между прпвоцшм двигателем п редуктором устанавливается пре-
дохранительная фрикционная муфта, которая йри превышении опре-
деленного предельного значения крутящего момента отсоединяет
машину от двигателя, а также обеспечивает автоматическое отклю-
чение последнего 185-—88J.	;	-

Принцип работы. С использованием конструктивного принципа
построения из сборных элементов машина ZSK/v может быть смон-
тирована практически с любым отношением длины к диаметру
(ДЮ). Величина варьируется обычно в пределах от 9 до 36.
Кроме того, принцип построения конструкции из отдельных секций
(блоков) позволяет обеспечивать различные заданные характери-
стики шнеков с помощью чередования транспортирующих' зон,
секций смешения, декомпрессионных и напорных участков, зон дега-
зации п пластикации с соответствующим сочленением секций мате-
риального цилиндра.	 ЯйуФ -ТКМу ,

На пути от зоны загрузки до экструзионной головки вследствие
вращения шнеков в одинаковом направлении материал продвигается
по винтовой лпипн вдоль внутренних стенок корпуса, описывая
при атом траекторию в форме цифры 8 (рис. 87).	;

Характерным признаком геометрической конфигурации шнеков
является известный принцип уплотнительного профиля. Так назы- ,
ваемый уплотнительный профиль имеет место в тех случаях, когда ,
межвитковые каналы одного шнека полностью «уплотняются» по ,
пространственной кривой и очищаются входящими ж ними в зацепле-
ние гребнями ответного шпека по боковым контактным поверхностям
с минимальными зазорами (малой «игрой»). Такой уплотнительный
профиль исключает образование «мертвых» зоп в донной части меж-
витковых каналов (около тела шнека) и обеспечивает постоянное
132
диельиое взаимное самоочищение шнеков (см. рже. 86).

одари этому могут перерабатываться также материалы, пыр-
яющие склонность к агломерации ж образованию корок. След-
твпем уплотнительного профиля является довольно равномерное
мя пребывания (время обработки) различных частиц (порцжй)
|териала в машине. Это особенно важно для материалов, чуветвн-
к воздействию температуры, так как исключается термнчн-
я перегрузка отдельных частиц вследствие слишком длительного

ремени контактирования. Дру-
пе следствие уплотнительного
:рофиля — непродолжительное
;ремя еамоочистки при пере-
,оде на переработку материала
ого цвета или композицию
ого состава.

Транспортировка материала
эсуществляется благодаря вза-
ому зацеплению шнеков
е.чависимо от значений коэф-
фициентов трения в системах j
ек — полимер, а также кор- ?

— полимер и, более того, j
ависимо от величины проти- )
юдавления. Следствием прпн- у)
работы взаимозацепля- j
ся шнеков уплотнйтель-





ЮГО профиля является при-
удительное продвижение (вы-
енный поток) материала,
этому и к. и. д. транспортп-
вки ни в коем случае не

I







Рис. 87» Течению материала в плаети-
саторе с мнительными кулачками ZSK.

южет равняться нулю. Это позволяет независимо от величин
эффициентов трения надежно транспортировать также рас-
лавы, пасЫ, порошки с низкой насыпной плотностью, волокнистые ’

терналы и сиропообразные вещества с консистенцией меда. Апа-
тично атому можно работать в установившемся режиме при ча-
’ичном заполнении межвитковых каналов («голодный» режим
боты), чтобы удалять в таких зонах летучие компоненты или вво-
дозированйые количества дополнительных ингредиентов.

Понятия «вынужденная транспортировка» й «уплотнительный
офиль» могут, на первый взгляд, привести к неправильному за-
точению о том, что винтовая нарезка шнека делит машину на от-
льные камеры, содержимое которых принудительно продвигается.

ако это не так. Поскольку оба шнека касаются друг друга и ео-
ягаются лишь вдоль пространственной кривой, а не по всей по-
ости, то образуются не отдельные камеры, а несколько сквоз-
винтовых каналов, число которых соответствует числу витков

агов ) шнека. Вследствие этого машина ZSK не относится к ма-
гнам, сконструированным по типу закрытой по оси насосной
системы, а должна быть отнесена к группе машин, которые характери-
зуют как продольно-открытые, работающие с принудительно по-
дающей системой смешения [85].

Для изменения к. и. д. подачи, производительности, степени
заполнения и распределения давления могут устанавливаться шнеко-
вые элементы (втулки) с различным углом подъема винтовой линии.
Для создания высокого давления применяются шнековые элементы
с противоходной нарезкой, так называемые подпорные секцпп или
секции обратного тока.

Другим характерным признаком геометрической конфигурации
шнеков являются специальные запатентованные кулачки с криво-
линейной поверхностью, которые устанавливаются со смещением

1	2	3

Рис. 88. Принцип действия месптельных кулачков
в машине ZSK.

друг относительно друга и образуют участки типа ступенчатых греб-
ней. Такие кулачки, называемые также дисками или шайбами, вы-
зывают интенсивное поперечное смешение расплава в результате
возникновения полей напряжений сдвига различной величины. Бла-
годаря составной (сборной) конструкции рабочих органов машины
эти криволинейные кулачки могут устанавливаться в любом месте
между обычными шнековыми элементами. Месительиые кулачки
тоже выполнены с уплотнительным («беззазорным», контактным)
профилем, поэтому они имеют такое же поперечное сечение, что и
шнековые элементы, и аналогичным образом обкатывают и очищают
друг друга. Выбор соответствующего угла «набегания» (угла сме-
щения) и ширины кулачков определяет различную эффективность
смешения и пластикации. Поскольку шнеки машин ZSK обычно
выполняются трехзаходными, месительиые кулачки имеют форму
«трехуго.тьных дисков» (рис. 88).

Посредством месительных кулачков материал подвергается воз-
действию касательных (сдвиговых) и нормальных сил и, кроме того,
изменяет направление течения при обтекании «седловины» корпуса.
Сдвиговая деформация возникает известным образом за счет градиен-
134
тов скоростей, которые имеют место между шнеками и стенкой кор-
пуса (в области «седловины» корпуса — между обоими шнеками). Так
как поперечные сечения пяти показанных на рис. 88 клиновых зон
изменяются за один оборот от максимального до минимального зна-
чений, при уменьшении поверхности поперечного сечения материал
подвергается воздействию нормальных нагрузок в виде циклических
деформирующих усилий сжатия, которые приводят к отклонению
(перемещению) материала в зоны соседних, расположенных со сту-
пенчатым смещением по винтовой спирали, месительных кулачков.
От угла смещения месительных кулачков зависит, устремится ли
большая часть вытесненного материала по направлению прямого
потока и произойдет ли осевая транспортировка (продольная подача)
месительными кулачками или же большая часть материала, совершив
возвратно-ступенчатое продвижение, сможет направиться в задний
(по ходу основного потока) месительный кулачок и тем самым будет
обеспечено усиленное продольное смешение.

На время пребывания материала в машине ZSK влияют рабочая
длина машины, угол подъема винтовой нарезки, частота вращения
шнеков и производительность. В зависимости от процесса и рабочих
условий оно может колебаться в пределах от 20 с до 10 мин. Измене-
нием геометрической конфигурации шнеков можно влиять на спектр
времен пребывания (контактирования) частиц среды. Широкие
месительные кулачки при угле «набегания» 60° приводят к возвратно-
ступенчатому движению и, следовательно, к эффективному продоль-
ному смешению без ущерба способности машины к самоочистке.
При этом получается характерное уширение спектра времен контак-
тирования [37].

Эффективным отводом тепла от перерабатываемого полимера
путем охлаждения корпуса и шнеков можно повысить вязкость ма-
териала на участках расположения месительных кулачков и тем
самым усилить деформацию сдвига.

Соответствующим расположением месительных кулачков и под-
держанием благоприятного температурного режима можно изменять
введенную в материал в процессе пластикации энергию сообразно
технологическим задачам процесса. В зависимости от материала
и характера процесса удельные энергозатраты могут колебаться
в пределах от 0,05 до 1,2 кВт-ч/кг.

Интенсивность процесса в описываемых машинах особенно ве-
лика, потому что материал вследствие небольшой глубины нарезки
пребывает только в виде тонких (пленочных) слоев, которые в местах
перевода от одного шнека к другому у «седловины» корпуса постоянно
перемешиваются и меняют направления своего движения.

Летучие компоненты с помощью, например, вакуумирования
можно отводить из различных точек машины. В определенных местах,
используя соответствующие дозирующие устройства, можно вводить
Добавки жидких, пластичных или сыпучих твердых веществ. Таким
образом, конструкция корпуса и шнеков из сборных элементов
позволяет обеспечить желаемое соответствие машины определенным
материалам и технологическим задачам. Кроме того, в процессе
эксплуатации можно влиять на характер работы машины, изменяя
температурный режим по зонам путем наружного обогрева или охла-
ждения. количество материала, загружаемое в единицу времени,
а также регулируя частоту вращения шнековых валов. С помощью
установленного в конце машины дроссельного клапана переменного
сечения можно варьировать давление на последнем участке шнеков.

В зависимости от природы материала и технологических задач
машина ZSK питается либо из полного загрузочного бункера, либо
по принципу’ недостаточной («голодной») дозировки. В последнем
случае материал можно дозировать весовыми или объемными дозато-
рами, одним или несколькими потоками.

При переработке порошкообразных материалов с низкой насып-
ной плотностью для увеличения производительности применяют
подпорные шнековые мешалки в сочетании с фильтрами для удаления
воздуха (газа) во второй секции корпуса. При питании машины
расплавом с помощью шестеренчатого насоса (или без него) исполь-
зуют специальные обогреваемые загрузочные зоны.

При переработке термопластов на разгрузочном конце машины
могут устанавливаться фильтрующие устройства со сменными сет-
ками * для удаления посторонних включений. Разгрузочные узлы
представляют собой обычно решетки и фильеры для холодной штранг-
грануляции или горячей резки жгутов на плоскости формующей
решетки. При применении технологии так называемой горячей гра-
нуляции могут использоваться системы воздушного, водокольцевого
охлаждения или устройства для подводной грануляции.

В соответствии с технологическими требованиями могут устанавли-
ваться также головки для экструзии жгутов, плоскощелевые головки
или мундштуки (фильеры) другого сечения. Для облегчения пуска
установок в работу в некоторых случаях предусматривают трехходо-
вые пусковые краны, устанавливаемые между последней секцией
материального цилиндра и разгрузочными устройствами [89—98].

Технические характеристики. Выпускаются шесть типоразмеров
машин типа ZSK/v. Важнейшие технические характеристики таких
машин приведены в табл. 25. Цифры в обозначении каждой модели
указывают на величину наружного диаметра шнеков (в мм).

* В настоящее время на смену фильтрующим сеткам пришли специальные
устройства, в которых стальная ситчатая лента автоматически движется с ма-
лой скоростью и требует замены через значительно больший период пробега.
Технологически оправдано применение металлокерампческпх фильтрующих
элементов, обладающих развитой поверхностью фильтрования. Кроме указан-
ных устройств в СССР и за рубежом предложен ряд конструкций фпльтров,
позволяющих без остановки машин регенерировать (очпщать) фильтрующие
элементы. Фирмой «Werner u. Pfleiderer» разработан цилиндрический патрон-
ный фпльтр типа SWZ, с рабочей поверхностью, большей, чем поверхность
плоского спта, в 3,5 раза при том же диаметре цплпндра. Такпе фпльтры изго-
тавливаются с 7; 12 и 19 патронами и пмеют поверхность фильтрования соот-
ветственно 700; 1200 и 1900 см2. Онп могут устанавливаться лпбо стационарно,
либо в специальных кассетах. Последние работают попарно и «на ходу» могут
переставляться быстроходным пневмоцплиндром, практически без нарушения
режима работы машины. — Прим. ред.
Те. .'лица 25

Модели п технические характеристики машин ZSK/v

Тип (модель)	Диаметр шнеков  D, мм	Отноше- ние ра- бочей длины к диаметру  L/P	Глубина нарезки  Л, мм	Частота вращения шнеков п, об/мин	Мощность привода при максималь- ном значении п, кВт	Мощность нагрева для  L'D—3 (длина одной секции кор- пуса), кВт
ZSK 53	53	9-42	5,5	10—300	32	3,0
ZSK 83	83	9-42	7,5	30—300	130	6,0
ZSK 120	120	9-36	10,5	-£250	300	12,5
ZSK 160	160	9-36	14,5	-g250	700	17,5
ZSK 220	220	9-36	16	-£160	1180	40
ZSK 280	280	9-36	20	-£125	2050	60

Ряд (серия) машин ZDS-K/v

Машины этого ряда отличаются от машин серии ZSK только
по величине передаваемых крутящих моментов. Приводы и редук-
торы рассчитаны примерно на половину величины крутящего мо-
мента, на который сконструированы машины ZSK. Буквенные сим-
волы в обозначении данного типа машин — это первые буквы в полном
наименовании на немецком языке двухшнековых машин со шне-
ками уплотнительного профиля для процессов пластикации (Zwei-
wellige Dichtprofil-Schnecke fiir Knetprozesse). Технологические
узлы машин ZDS-K и ZSK полностью идентичны. Вследствие су-
щественно меньших величин крутящего момента редукторы машин
ZDS-К выполнены проще, чем редукторы машин ZSK. Принципи-
альных отличий в конструктивном исполнении машин ZDS-К по
сравнению с ZSK не существует. Поэтому по вопросам принципа
действия и конструкции читатель может обратиться к описанию, сде-
ланному для серии машин ZSK/v.

Важнейшие технические характеристики машин ZDS-K/v све-
дены в табл. 26.

Таблица 26

Модели и технические характеристики машин ZDS-K/v

Тип (модель)		Диаметр шнека  D, мм	Отноше- ние ра- бочей длины к днам--тру L, D	Глубина нарезки h, мм	Частота вращения шнеков, об/мин	МОЩНОСТЬ привода, кВт	Мощность нагрева для  L/D = J (длина одной секции кор- пуса), кВт
ZDS-K	28	28	27	2,0	10-300	3	1,0 (£/0=4,5)
ZDS-K	53	53	9-42	5,5	10-300	15,5	3,0
ZDS-K	83	83	9-41	7,5	30-300	75	6,0
ZDS-K	120	120	9-36	10,5	300	200	12,5
ZDS-K	160	160	9—36	14,5	300	480	17,5
Комбинации машин

Во многих случаях машины серий ZSK и ZDS-К комбинируют
друг с другом, соединяя их трубопроводами. Это делается, например,
в том случае, если в основной машине ZSK должно проводиться
окрашивание расплавов полимеров. Для этой цели в «боковой»
машине ZDS-К осуществляют расплавление, например концентрата
(«выпускной формы») пигмента, и полученный расплав нагнетают
по трубопроводу в поток расплава основной машины так, что в ос-
новной машине может происходить перемешивание цветного и не-
окрашенного потоков. Иногда функции вспомогательной машины
сводятся не только к пластикации концентрата пигментов, но в ней
проводится сам процесс приготовления «выпускных форм» путем
диспергирования цветных пигментов. В подобных случаях может
оказаться, что любая из машин серии ZD.S-K не удовлетворяет тех-
нологическим задачам по мощности, и в качестве вспомогательной
машины для бокового потока необходимо использовать более мощные
машины ZSK. Так, например, машину ZSK 160 (в качестве основной)
можно сочетать с ZSK 83 (в качестве вспомогательной) для окраши-
вания гранулированного полистирола. С помощью машины ZSK 83
изготавливается концентрат пигмента, который непосредственно,
без промежуточного гранулирования, в виде расплава вводится
в основную машину.

В принципе, таким образом могут объединяться машины всех
моделей и размеров, и составление сводной таблицы возможных
вариантов сочетания машин не имеет смысла.

Иначе обстоит дело, когда пластикаторы ZSK или ZDS-К соче-
таются с одношнековыми разгрузочными машинами. В таких случаях
одну быстроходную машину типа ZSK или ZDS-К, выполняющую
операции гомогенизации и смешения, комбинируют с одношнековой
тихоходной машиной, оснащенной шнеком большего диаметра с глу-
бокой нарезкой. Подобное агрегатирование особенно оправдано

Таблица 21

Модели и технические характеристики машин серий ZSK/v и ZDS-K/v.
комбинируемых с одношнековыми разгрузочными машинами ES-A

Одношнековая разгрузочная машина ES-A

Тип модель двухшнеко- вой машины	тип (модель)	диаметр шнека В, мм	отноше- ние ра- бочей длины к диаметру  L/D	макси- мальная частота вращения шнека п,  об/мин	МОЩНОСТЬ привода при максималь- ном значении  П, кВт	производи- тельность по жесткому ПВХ, кг/Ч
ZSK 53  ZDS-K 53	ES-A 120	120	8	32	19	200—28И  100—14-0
ZSK S3  ZDS-K S3	ES-A 200	200	6	30	30	700—НОС’ 350—450
ZSK 120  ZDS-R 120	ES-A 300	30	6	25	80	2000—2500  1000—1200
при переработке материалов, проявляющих повышенную чувстви-
тельность к тепловому воздействию и не выдерживающих повышен-
ных напряжений сдвига, возникающих в быстроходных машинах
с большим противодавлением. Это относится, например, к приго-
товлению композиций п грануляции непластифицированного (жест-
кого) ПВХ. Другими примерами могут служить процессы получения
сшитых термопластов или грануляции термореактивных формовоч-
ных масс. По данным табл. 27 можно получить представление о тех-
нических характеристиках наиболее распространенных комбинаций
машин ZSK и ZDS-К с одношнековымп напорными машинами типа
ES-A.

Примеры применения

Применение описываемых машин указано в табл. 28, а—е. Отно-
сительно использования машин ZSK и ZDS-К в качестве шнековых
испарителей и шнековых реакторов см. разделы 3.7.2 и 3.8.2. Про-
изводительность процессов для некоторых типичных примеров при-
менения машин ZSK дана в табл. 29. Области применения пластика-
торов ZDS-К, в принципе, те же, что и машин серии ZSK.

Однако из-за небольшой мощности привода можно ожидать,
естественно, меньших, чем у машин серии ZSK, значений производи-
тельности. Машины ZDS-К применяются тогда, когда машины ZSK
не могут быть полностью загружены по крутящему моменту. Такие
случаи возникают при питании расплавом или при переработке
порошкообразных материалов с низкой насыпной плотностью, что
ограничивает достигаемую производительность. В качестве примера
можно указать на процесс приготовления композиций для прессо-
вания на основе фенольных смол.

Несколько примеров переработки материалов описываются ниже
[99-117].

1. Стабилизация и грануляция порошко-
образного полиэтилена, полученного по ме-
тоду Филлипса*. Если полиэтилен Филлипса выделяют по
технологии осаждения частиц, то продукт получают в виде мелко-
дисперсного или зернистого порошка. Из полиэтилена с индексом
расплава ИР2 16 = 0,2-)-0,4 г/10 мин методом формования (экстру-
зии) с раздувом изготавливают, в частности, тару и сосуды (бутыли
и емкости). Однако сырой порошок нужно сначала привести в состоя-
ние, отвечающее целям применения и пригодное для переработки
в изделия. Для этого порошкообразный материал стабилизируют
в пластичной фазе, гомогенизируют путем смешения и, наконец,
придают ему форму равномерных по геометрическим размерам гра-
нул, переработка которых не вызывает затруднений. Важной

* По этому методу получают полиэтилен среднего давления. Полимери-
зацию этилена проводят в растворителе при 130—170 °C и давлении 3,5-10®—
4,0-10® Па (35—40 кгс/см2) в присутствии катализаторов, представляющих
собой окиси металлов переменной валентности (например, Cr, Mo, V), нанесен-
ные на алюмосиликат. Подробнее см. работу [И] в дополнительной литера-
туре. — Прим. ред1.
Типичные примеры применения машин серий ZSK/v и ZDS-K/v в процессах подготовки термопластов
и композиций на их основе

Процесс	Полиэтилен высо- кого давления		Полиэтилен низко- го давления	Полипропилен	Жесткий ПВХ	Пластифицирован- ный ПВХ	Сополимер ПВХ и поливинилацета- та (композиции для производства пластинок)	ПС прозрачный, ПС ударопрочный, сополимеры акрило- нитрила и стирола	
	питание гранулятом	’питание ’расплавом							
								питание грануля- том, по- рошком или  крошкой	питание ри спла- вом
Диспергирование добавок — стаби- лизаторов, пигментов (паиример, окрашивание)	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK  ZDS-K	ZSK  ZDS-K.	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K
									
Смешение, сплавление, совмещение	ZSK	—	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K
Гомогенизация для получения «пле- ночных» марок (например, улуч-	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK	—	—	—	—	—
шение оптических свойств)									
Специальный процесс гомогениза- ции (например, разрушение гели-	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK	ZDS-K	ZSK	—	ZSK	ZSK ZDS-K
ков)									
Получение концентратов («выпуск-	ZSK	—	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK	—	ZSK	—
ных форм») пигментов									
Удаление летучих компонентов (на- пример, воды, растворителей, мо-	ZSK	ZSK ZDK-S	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K
номеров)									
Введение стекловолокна	ZSK	—	ZSK	ZSK	—	—		ZSK	—-
Введение структурирующих аген- тов (мостикообразователей)	ZSK ZDS-K+ +ES-A	—	ZSK ZDS-K-J- 4-ES-A	—	—	—	•—	—	—
Гранулиро вание	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K+ +ES-A	ZSK ZDS-K+ +ES-A	ZSK	ZSK	ZSK  ZDS-K
Питание установок для каландрова- ния	—-	—	—	—	ZSK ZDS-K	ZSK ZDS-K	—	—	—
Питание прядильных насосов	—	—	—	—	—	—	—		—

Продолжение табл. 28, а

Процесс	АБС	Полиамид и линей- ные полиэфиры		Поликарбонат		Ацетилцеллюлоза	Полиметил мета- крилат	Полиформальдегид	Полпоксппропилен	и л  О.  > Я п  К
		питание грану- лятом	питание рас- плавом	питание гранулятом	питание расплавом					
Диспергирование добавок — стаби- лизаторов, пигментов (например, окрашивание)	ZSK	ZSK	ZSK  ZDS-K	ZSK	ZSK.  ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK
Смешение, сплавление, совмещение	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK.	ZSK	ZSK
Гомогенизация для получения «пле- ночных» марок (например, улуч- шение оптических свойств)	—	—	—	—	—	—	—	—		—
Специальный процесс гомогениза- ции (например, разрушение гели- ков)	ZSK	•—	•—•		—	ZSK	—	—	- -	ZSK
Получение концентратов («выпуск-  •>' ных форм ) пигментов	ZSK	ZSK	—	ZSK	—	ZSK	ZSK		—	ZSK
Удаление летучих компонентов (на- пример, воды, растворителей, мо- номеров)	ZSK	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK  ZDS-K	ZSK	ZSK	ZS к	ZSK	ZSK
Введение стекловолокна	ZSK	ZSK ZDS-K	—	ZSK ZDS-K	—	ZSK.	—	ZSK	ZSK	ZSK
Введение структурирующих аген- тов (мостикообразователей)	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Гранулирование	ZSK	ZSK ZDS-K	ZSK  ZDS-K	ZSK  ZDS-K	ZSK ZDS-K	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK
Питание установок для каландрова- ния	—	—	—	—	—	—	—	—	—-	—
Питание прядильных насосов	1	ZSK ZDS-K	ZSK  ZDS-K							
Типичные примеры применения машин серии ZSK v и ZDS-K v
в процессах подготовки термореактопластов
и композиций на их основе

Процесс	Пресс-порошки на основе фено- лоформальде- гидных смол	Пресс-порошки на основе мел- аминоформальде- гидных смол	Пресс-порошки на основе кар- оамидоформаль- дегидных смол	Пресс-порош:-: л на основе сопо- лимеров мел- амина и феноло- формальдегид- ных смол
Сгущение	ZDS-K  ZSK	ZDS-K ZSK	ZDS-K  ZSK	ZDS-K  ZSK
Гомогенизация,	ZDS-K	(ZDS-K)	(ZDS-K)	ZDS-K
диспергирова- ние добавок	ZSK	(ZSK)	(ZSK)	ZSK
Процесс до-	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K
по длительной реакции кон- денсации до заданной сте- пени поликон- денсации	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK
Гранулирова- ние	ZDS-K+ES-A  ZDS4-ES-A	—	—	(ZD5-K-AES-A) (ZSK+ES-A)
Свободная вы-	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K
грузка	ZSK	ZSK	ZSK	ZSK

Таблица 2$, i

Различные области

применения

машин серий ZSK/v и ZDS-K v

Процесс	Порошковые лаки			Пигмен- ты	Краси- тели	
	на основе поли- эфирных смол	на основе эпоксид- ных смол	на основе полиак- риловых смол			
Смешение и гомо- генизация	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K ZSK	ZDS-K ZSK	ZDS-K ZSK
Диспергирование добавок (например, пигментов) в смолы п связующие	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K ZSK	ZDS-K  ZSK	ZDS-K  ZSK
Растворение						
17. • Hi СС	Фармацев- тические препараты	Батарейные массы		Шокалад	Растворы полиме- ров
		электрод- ные	сепаратор- ные		
Смешение и гомоге- низация	ZDS-K — + (ES-A)	ZDS-K	ZDS-K ZSK	ZDS-K	ZDS-K ZSK
Д пс нергировавп е добавок (например, пигментов)в смолы п связующие	ZDS-K- + (es-a)	ZDS-K	ZDS-K ZSK	ZDS-K	ZDS-K ZSK
Растворение	—	—	—	—	ZDS-K ZSK

Таблица 29

Производительность машин серии ZSK/v для некоторых случаев применения

Tun (модель)	Производительность, кг/ч			
	стабилизация и грануляция порошкообраз- ного полиэти- лена, получен- ного по методу Филлипса	гомогенизация, дегазация и грануляция расплава ПЭВД	окрашивание, дегазация и грануляция порошкообраз- ного АБС	окрашивание и грануляция полиамидов
ZSK '3,'v	130—160	150-250	80—120	70—120
ZSK 83/v	500—650	550—750	250—400	200—300
ZSK i2u/v	100(1—1300	1200—1700	620—720	400—600
ZSK liXi'v	3000—3500	2500—3500	1250-1750	.—.
ZSK 22u/v	4000—6000	4000—6000	—	—
ZSK 280/v	8000—10 000	8000—10 000	—	—

технологической характеристикой материала при раздуве полых
изделий служит степень (коэффициент) разбухания*, зависящая
в первую очередь от температуры и напряжения сдвига, которому
подвергается полимер при переработке.

Следовательно, полиэтилен среднего давления должен пласти-
цироваться таким образом, чтобы, с одной стороны, происходила
достаточно хорошая гомогенизация, а с другой — не превышалась
определенная температура материала и работа сил сдвига. Задача
состоит в получении гомогенного материала («заготовки») с опреде-
ленными постоянными коэффициентами вязкости п разбухания.

* Коэффициент (степень) разбухания — величина, показывающая но
сколько раз увеличивается диаметр экструдированного полимера при выходе
из головки по сравнению с диаметром формующего инструмента. Как правило,
коэффициент разбухания термопластов увеличивается при понижении темпера-
туры и повышении напряжения сдвига. Подробнее см. работу [12] в дополни-
тельной литературе. — Прим. ред.
С этой целью применяют машину типа ZSK/v с чегырехсекцпонным
корпусом. Отношение рабочей длины к диаметру шнека технологи-
ческой части составляет 12 : 1. В соответствии с рпс. 89 порошко-
образный полиэтилен и стабилизатор направляются отдельными
дозированными потоками в пластикатор ZSK/v. При сдвиговом дефор-
мировании с помощью месительных кулачков и воздействии противо-
давления узлов выгрузки полиэтилен пластицпруется, перемеши-
вается со стабилизатором и гомогенизируется, а затем гранулируется
водокольцевым гранулирующим устройством. Гранулят отделяют
от потока воды, сушат в предварительном водоотделителе и в центро-
бежной сушилке. Включение трехходового пускового клапана

Рпс. 89. Технологическая схема установки непрерывного действия для подго-
товки полиэтилена низкого давления:

1 — бункер для порошкообразного полиэтилена; 2 — бункер для стабилизатора; 3 — ма-
шина ZSK; 4 — месительные кулачки; 5 — водокольцевое гранулирующее устройство;
6 — предварительный водоотделитель; 7 — центробежная сушилка; а — пусковой клапан.

предотвращает возникновение пиков давления при пуске машины на
еще непластицированном материале.

В описанном технологическом процессе машина ZSK/v4 обеспе-
чивает производительность от 3000 до 3500 кг/ч при частоте вращения
шнеков 200 об/мин и мощности привода 615 кВт.

2.	Гомогенизация и грануляция расплава
полиэтилена высокого давления. Полиэтилен вы-
сокого давления (ПЭВД) после полимеризации получается в виде
расплава с температурой —250 °C, который гранулируется для даль-
нейшей переработки в изделия. Некоторые оптические свойства,
такие как глянец и светопрозрачность пленок, полученных из этого
материала экструзией с раздувом, могут быть значительно улучшены,
если ПЭВД после полимеризации подвергнуть интенсивному пере-
мешиванию вплоть до гомогенизации на молекулярном уровне. Это
можно обеспечить первичной грануляцией материала с последующим
расплавлением, перемешиванием и повторной грануляцией либо
исходный расплав непосредственно подвергнуть пластикации при ин-
тенсивном теплоотводе, гомогенизации и только однократной грану-
ляции. Для гомогенизации расплава в материал необходимо ввести
от 0,1 до 0,18 кВт-ч/кг в виде энергии, затрачиваемой на деформацию
сдвига, и затем вновь охладить для предотвращения повышения тем-
пературы материала и необратимого падения вязкости. Поэтому
условием оптимального проведения процесса является аффективное
водяное охлаждение материального цилиндра и конструкция машины,
обеспечивающая достаточно большую поверхность теплообмена и
высокие коэффициенты теплопередачп между расплавом и охлажда-
ющей водой, равные по крайней мере 0,465 кВт/(м2-сС).

Машины ZSK;v, используемые для даннбго процесса, оснащаются
восьмисекционным корпусом для создания поверхности теплообмена
требуемой величины, что соответствует отношению рабочей длины
к диаметру шнеков, равному 24 : 1. Расплав подается только во вторую
секцию, чтобы содержащиеся в материале остатки мономера (этилена)

Рис. 90. Технологическая схема установки непрерывного действия для подго-
товки пресс-порошков на основе фенолоформальдегидной смолы:

1 — бункер; 2 — воздушный фильтр в зоне дегазации; 3 — вентилятор; 4 — охлаждающий
желоб.

могли удаляться противоходом через первую зону. Гомогенизация
расплава осуществляется затем несколькими блоками месительных
кулачков (шайб), которые разделены определенным числом транспор-
тирующих элементов со шнековой нарезкой. Для грануляции исполь-
зуют водокольцевое устройство или систему подводной резки. Ма-
шина ZSK 280/v8 при частоте вращения шнеков 125 об/мин и мощ-
ности привода 2050 кВт позволяет обеспечить производительность
в пределах от 8000 до 10 000 кг/ч.

3.	Подготовка пресс-порошков (композиций)
на основе фенолоформальдегидных смол.
Исходным продуктом для получения пресс-порошков на основе
фенолоформальдегидных смол является форсмесь (маточная смесь)
фенолоальдегидной смолы, наполнителей, отвердителей, пигментов,
мягчителей (смазок) и других ингредиентов. При совмещении смолу
нужно расплавить и подвергнуть интенсивной гомогенизации с дру-
гими добавками. При этом масса уплотняется, и реакция конденсации
ведется до заданного конечного уровня (степени поликонденсации).
Выделяющаяся в реакции вода должна выпариваться и отводиться.

Поскольку требуемые энергозатраты составляют только от 0,08
до 0,1 кВт-ч/кг можно использовать машину ZDS-К. Машина
питается заполненным бункером с мешалкой (рис. 90) из-за небольшой
насыпной плотности форсмеси. Для удаления содержащегося
в маточной смеси воздуха вторая секция оборудована специальным
воздушным фильтром 2. Так как процесс гомогенизации с помощью
месительных кулачков проходит очень быстро, достаточным оказы-
вается технологический блок из пяти секций, которые должны охла-
ждаться водой для обеспечения возможности контроля температуры
материала и тем самым процесса поликонденсации. Композиции на
основе фенолоформальдегидных смол вследствие содержащихся в
них наполнителей обычно являются абразивными, поэтому узлы
в зоне пластикации должны быть покрыты защитным слоем карбида
вольфрама от быстрого износа.

Рис. 91. Технологическая схема установки непрерывного действия для полу-
чения стеклонаполненных термопластов:

1 — ленточный весовой дозатор; 2 — машина ZSK; 3 — загрузочное отверстие; 4 — сте-
кловолокно (ровница); 5 —дегазационное отверстие; 6 — головка; 7 — ванна с водой;

8 — штранг-гранулятор.

Машина ZDS-К заканчивается последней секцией материального
цилиндра. Материал свободно выходит из машины в виде кусков.
Эти куски охлаждаются в желобе 4 воздухом и затем перемалываются
(дробятся). Через свободный выход выделяется также испарившаяся
вода, которая отсасывается вентилятором 3. Производительность
машины ZDS-K 160 в описываемом процессе —2000 кг/ч при частоте
вращения шнеков 170 об/мин и мощности привода 280 кВт [100.
101, 116].

4.	Введение стекловолокна в термопласты.
Для улучшения колмплекса механических свойств почти все термо-
пласты могут усиливаться стекловолокном* (см. табл. 28, а).
Обычно содержание стеклянных волокон составляет примерно 30%
при длине волокон в грануляте от 0,3 до 3 мм.

Для получения стеклонаполненных термопластов непрерывным
способом полимер в виде порошка или гранулята, как показано на
рис. 91, через дозирующие ленточные весы 1 поступает в машину
ZSK 2 и расплавляется. В расплав через отверстие 3 подается стекло-
волокно в виде ровницы, которая сматывается за счет натяжения,
создаваемого непосредственно шнеками. В зависимости од.геометри-
ческой конфигурации шнеков и особенно от вида и количества меси-

Обзор по наполнению (армированию) термопластов стеклянными волок-
нами см., например, в книге [12] списка дополнительной литературы. —
Прч.м. ред.
тельных кулачков ровница, проходя от загрузочного отверстия о
до фильеры (головки) 6, измельчается до заданной длины и вводится
в расплав. Через дегазационное отверстие 5 под вакуумом могут
отсасываться летучие компоненты из полимера и аппретирующего
состава стекловолокна. Вместо ровницы через отверстие ? можно
вводить филаментные нити, если они обладают достаточно хорошей
сыпучестью.

Поскольку армирующий наполнитель не должен попадать в зону
пластикации машины ZSK, конечная длина стекловолокна в грану-
ляте остается относительно большой, и зона пластикации не под-
вергается абразивному износу.

Жгуты материала, выходящие из фильеры охлаждаются в ванне
с водой 7 и разрезаются гранулирующим устройством 8 типа фрезо-
вой дробилки. Грануляцию полиамидов и полиэфиров необходимо
проводить резкой охлажденных жгутов (прутков), в то время как,
например, для полипропилена и полиформальдегида, возможна го-
рячая грануляция, т. е. резка экструдируемых жгутов непосред-
ственно на плоскости формующей фильеры. Установка на базе ма-
шины ZSK 83/v обеспечивает в процессе наполнения термопластов
30% стекловолокна производительность от 200 до 250 кг/ч при ча-
стоте вращения шнеков 200 об/мин и удельных энергозатратах
от 0,18 до 0,25 кВт-ч/кг [112, 118—120].

3.3.10. Двухшнековая машина ZZK
с двухсторонней загрузкой

Двухшнековый экструдер типа ZZK с месительными кулачками
и двухсторонней загрузкой — это пластикатор с вращающимися
в одну сторону взаимозацепляющимися шнеками, который оснащен
специальными смесительными и пластицирующими рабочими орга-
нами в форме месительных кулачков (шайб) и выполнен с самоочи-
щающимся уплотнительным профилем.

Шнеки могут быть составными из сборных элементов. В отличие
от ZSK машины ZZK, согласно рис. 92, загружаются с двух сторон
так, что с обоих концов машины два потока материала транспорти-
руются к ее середине, где объединяются и выходят через разгрузоч-
ный узел, присоединенный на фланцах под прямым углом. Двух-
сторонняя загрузка в сочетании с высокой частотой вращения шне-
ков обеспечивает очень большую производительность по отношению
к данному диаметру шнеков.

Первая машина" такого типа была создана в 1968 г. фирмой
«Werner u. Pfleiderer» (ФРГ).

Основными областями применения машин серии ZZK являются
процессы простого смешения и гомогенизации при подготовке поли-
олефинов и композиций на их основе.

Конструктивное исполнение. Шнеки состоят из валов с опорами
.По обеим сторонам; на эти валы в выбранной последовательности
Могут насаживаться шнековые элементы (втулки) с различным углом
Подъема и направлением винтовой нарезки, а также специальные
месительные блоки с кулачками (шайбами) различной ширины, уста-
новленные с разными углами смещения.

Геометрические конфигурации левой и правой частей машины
абсолютно симметричны. Сделано это для того, чтобы оба потока
материала подвергались одинаковому деформированию и транспор-
тировались с одинаковым расходом. Следовательно, там, где в ле-
вой части установлены шнековые элементы с правой нарезкой, в ле-
вой части аналогичным образом предусмотрены шнековые элементы
с левой нарезкой.

Рис. 92. Двухшнековый экструдер с месительными кулачками п двухсторонне
загрузкой типа ZZK:

1,3 — загрузочные отверстия; 3 — материальный цилиндр машины ZZK; 4 — понижающий
редуктор; s — приводной электродвигатель; в — пусковой клапан; 7 — фильтрующее уст-
ройство со сменными сетками; 3 — решетка (фильера); 9 — гранулирующее устройство
«горячей» резки.

Оба шнека каждой части расположены друг над другом. Все эле-
менты шнеков имеют уплотнительный профиль и взаимно очищают
друг друга. Речь идет о таких же шнековых элементах, как исполь-
зуемые в описанных выше пластикаторах типа ZSK (см. раздел 3.3.9).

Оба шпека приводятся двумя автономными редукторами от од-
ного трехфазного двигателя, ведущий вал которого имеет два выход-
ных конца. Благодаря двухсторонней загрузке машины с выходом
материала в средней части технологического блока уравнове-
шиваются продольные давления, так что отпадает необходимость
в специальных осевых опорах. Даже если при неисправности одного
из узлов загрузки подача материала будет производиться только
с одной стороны, осевого смещения шнеков не произойдет, так как
148
материал в этом случае будет транспортироваться к противоположной
стороне машины до тех пор, пока давление не выровняется.

В описанной конструкции машины длина шнеков — величина
постоянная. Материальный цилиндр смонтирован из отдельных сек-
ций, свинченных между собой. Он состоит из двух входных секций
(длиной по —-4D), двух глухих секций и одной выходной зоны (каж-
дая длиной 6£>). Цилиндр имеет продольные сверления для охлажде-
ния и нагрева и рассчитан на термостатирование маслом, водой или
паром. В глухих секциях корпуса предусмотрены точки измерения
температуры стенок и штуцеры для установки датчиков давления
и температуры материала. В последней зоне имеется горизонтальный
разгрузочный канал, расположенный в середине секции, через ко-
торый подготовленный расплав термопласта подводится к форму-
ющему инструменту (головке).

Принцип действия. Работа и эффективность шнековых элементов
и месительных кулачков в описываемых машинах подчиняются тем
же закономерностям, которые проявляются в машинах типа ZSK
(см. раздел 3.3.9).

Машины ZZK питаются гранулятом или порошком. Обычно ма-
териал подается одношнековым дозатором, работающим с двухсто-
ронней подачей. При этом материал транспортируется из центрально
расположенного бункера, оборудованного мешалкой, с помощью
правой и левой винтовой нарезок шнека к обоим загрузочным отвер-
стиям ZZK.

При переработке порошкообразных материалов возможна также
система раздельного питания, т. е. из двух бункеров с мешалками,
установленных непосредственно над обеими зонами загрузки машины
ZZK. Такое решение целесообразно в том случае, если перерабаты-
ваемый порошок вследствие своей насыпной плотности и структуры
частиц обладает равномерной сыпучестью.

Расплав, как правило, выводится через пусковой вентиль, фильт-
рующее устройство со сменными сетками и решетку (фильеру) с по-
следующей грануляцей по технологии горячей резки.

При пёреработке материалов, чувствительных к тепловому воз-
действию, машину ZZK комбинируют с одношнековой напорной ма-
шиной. Принципы работы и преимущества такого агрегата те же, что
и описанных в настоящей главе комбинаций пластикаторов ZSK
с тихоходными одношнековыми нагнетающими машинами (см. раз-
дел 3.3.9). В этом случае на участке перехода от ZZK к одношнеко-
вой машине может быть предусмотрена система дегазации расплава.

Технические характеристики. Двухшнековая машина ZZK с меси-
тельнымп кулачками и двухсторонней загрузкой выпускается трех
типоразмеров. Диаметры шнеков те же, что и в машинах серии ZSK,
вследствие чего могут использоваться те же шнековые элементы.
Модели машин и их технические характеристики представлены
в табл. 30.

Примеры применения. Машины ZZK в первую очередь исполь-
зуют в относительно простых процессах подготовки полиолефинов
и композиций на их основе. С помощью этих машин проводят не
Т'.’.ица 30

Типы п технические характеристики машин ZZK

Тип (модель)	Диаметр шнека, мм	Глубина нарезки, мм	Общая рабо- чая длина шнеков, мм	Максимальная частота вращения шнеков, об/мин	Максимальная мощность привода. кВт
ZZK S3	83	7,5	2060	500	351 •
ZZK 120	•120	10,5	3000	400	80е
ZZK 160	160	14,5	4000	350	1600

только процессы гомогенизации, но и окрашивания и совмещения
(«легирования») полимеров с последующей грануляцией.

В табл. 31 приводятся значения производительности машин ZZK
1121]*. .

Таблица 31

Производительность машин ZZK для различных материалов и процессов

Материал	Процесс	Индекс расплава (ИР), г/10 мин	Производительность, кг/ч		
			ZZK 83	ZZK 120	ZZK 160
пэвд	Гомогениза-	Ир2, 16/190 °с =	1400—1800	2800—3600	5600—7200
	ция, у лучше-	= 0,24- 5			
	ние свойств пленок	ИР 2,16/190 °С = = 5=20	1600-2000	3200—4000	6400—8000
ЛЭНД (по	Гомогениза-	^P5/190 °С =	1200—1600	2400—3200	4800—6400
методу	ция, введение	= 0,24-5			
Циглера)	добавок, окра-	ИР5/190 °С = = 54-20  ИР5/190 °C —	1500—2000	3000—4000	6000—8000
	шивание при- мерно 2% пигмента		900—1400	1800—2800	3600—5600
	или сажи	= 0,24-5 ИР5/190 °С =	1400—1800	2800-3600	5600—7200
		= 54-20			
ПЭНД (по	Гомогениза-	Ир5/190 °С =	1200—1600	2400—3200	4800—6400
методу	ция, введение	= 024-5			
Филлипса)	добавок, окра-	ИР5/190 °С = = 54-20  ИР5/190 °С =	1500-2000	3000-4000	6000—8000
	шивание при- мерно 2% пигмента		900—1400	1800—2800	3600—561 '0
	или сажи	= 0,2 4- 5 ^Р5/190 °С =	1400—1800	2800—3600	5600—7204
		= 54-20			

Около каждого обозначения ИР указаны нагрузка на поршень пластомера (в кгс)
п после дробной черты—температура измерений.—Прим. ред.

* Кроме описанных автором машин ZSK, ZDS-К и ZZK, обшим призна-
ком которых являются рабочие органы с месительными кулачками, имеющими
форму, близкую к треугольной, в последнее время фирмой «Werner u. Pfleiderer>>
разработаны новые серии машин — ZSK-G и ZDS-KG. Машины третьего «по-
коления» ZSK-G и ZDS-KG имеют месительиые кулачки в виде несколько за-
3.4.	ШНЕКОВЫЕ КЛАССИФИКАТОРЫ

Шнековые классификаторы служат для разделения крупнозер-
нистых и мелкозернистых твердых веществ в суспензиях. Часто эти
машины называют винтовыми классификаторами. Их применяют
в горнорудной и горнодобывающей промышленности, на производствах
по добыче каменной соли (соляных копях), при обработке камня,
земли и различных минералов. Типичным примером может служить
выделение зернистых минеральных материалов из промывных (филь-
трационных) суспензий. Под промывкой (фильтрованием, осветлением)
в данном случае понимают подготовительный процесс, при котором
минеральное сырье при сильном разбавлении водой освобождается
от глинистых загрязнений. В промывных («моечных») барабанах,
лопастных скрубберах или так называемых колебательных желобах
под действием ударных, сдвиговых нагрузок или под действием сил
трения глина отделяется от минералов и суспендируется в воде.
Так образуется промывоч"ная суспензия, содержащая шлам, из ко-
торой крупнозернистые минералы извлекают, используя винтовые
классификаторы.

Фирма «Westfalia Dinnendahl Groppel AG» (ФРГ) изготавливает
одношнековые и двухшнековые противовращающиеся винтовые клас-
сификаторы. На рис. 93 показан двухшнековый винтовой класси-
фикатор системы «Duplex». Корпус (желоб) сварной конструкции
установлен наклонно под углом от 14 до 18°, так что непрерывно
поступающая суспензия собирается в нижней части емкости. Песча-
ные минералы осаждаются из суспензии на днище емкости и медленно
вращающимися шнеками отводятся без взмучивания и обратного
распределения материала жидкости. Вода с суспендированным
(взвешенным) в ней материалом перетекает через нижнюю торцевую
стенку, которая выполнена как регулируемое по высоте переточное
(сливное) устройство. Шнеки состоят из полых валов с наваренными
элементами, к которым в свою очередь привинчиваются шнековые
ленточные спирали. Спирали, как правило, выполняются двухза-
ходными, а в специальных случаях — трехзаходными. Радиальный

остренных эллипсов, т. е. не треугольную, а «двуугольную» форму. Переход
от трехзаходных шнеков к двухзаходным осуществлен без изменения межосевых
расстояний. Это позволило использовать те же приводы, что и для соответству-
ющих машин ZSK и ZDS-K.

В результате конструктивного изменения профиля поперечного сечения
шнеки новых машин имеют более глубокие межвитковые каналы и создают соот-
ветственно меньшие напряжения сдвига в перерабатываемом материале. Пони-
жение удельной энергии, вводимой в материал, обеспечивает более низкую
температуру пластицируемой среды.

Машины ZSK-G и ZDS-KG рекомендуется применять при переработке
Полимеров и композиций, имеющих низкую плотность и плохую сыпучесть,
а также повышенную чувствительность к сдвиговому деформированию п склон-
ность к термодеструкции. Для этих материалов машины ZSK-G п ZDS-KG
Как имеющие больший рабочий объем шнеков, чем соответствующие машины ZSK
К ZDS-К. обеспечивают существенное повышение производительности Допол-
нительный буквенный символ G в обозначениях машин данной серии — это
Первая буква немецкого слова GroPvolumen (крупнообъемный). — Прим. ред.
зазор между винтовой спиралью и стенкой корпуса составляет в за-
висимости от природы и зернистости целевого продукта от 8 до 40 мм,
поэтому шнек работает в собственном песчаном «ложе» и обечайка
емкости предохраняется от повреждения. Шнековая сппраль защи-
щается навинчиваемыми сегментообразными сменными пластинами.

Привод винтового классификатора системы «Duplex» осуществ-
ляется от центрально установленного редуктора, собранного из кони-

Рпс. 93. Двойной («дуплекс») винтовой классификатор.

ческих зубчатых шестерен и выполненного так, что возможно двух-
стороннее подсоединение привода. По рис. 93 можно составить пред-
ставление о габаритных размерах этих аппаратов, которые выпуска-
ются в одношнековом и двухшнековом исполнениях при диаметре
рабочих органов от 400 до 1500 мм, длине шнека от 3,5 до 8 ми уста-
новленной мощности привода от 1,5 до 15 кВт. Пропускная способ-
ность (производительность) моделей классификаторов со шнеками
диаметром 1500 мм находится в диапазоне 30—50 м3/ч обработан-
ного минерала 1122].

3.5.	ОТЖИМНЫЕ ШНЕКОВЫЕ МАШИНЫ *

3.5.1.	Одно- и двухшпековые ситчатые прессы

Рабочая часть одпошнекового ситчатого отжимного пресса со-
стоит, согласно рис. 94, из следующих основных узлов и деталей!

* В отечественной литературе более употребительны термины «шнек-
пресс» и «фильтр-пресс». — Прим. ред.

152
шнек, перфорированный кожух (сито), устройства для загрузки
п выгрузки отжимаемого (фильтруемого) материала, а также узел
слива фильтрата. Под воздействием давления, развиваемого шнеком,
жидкость отжимается из системы жидкость — твердая фаза для того,
чтобы получить по возможности сухой и чистый твердый материал
или жидкость в чистом виде. Основными направлениями применения
машин этого типа являются получение масел из семян масличных
культур (плп масличных плодов), сушка влажного синтетического
каучука плп суспензий полимеров, обесщелачивание суспензии ал-
калицеллюлозы, подготовка и обработка взвесей древесных волокон

Рис. 94. Ситчатый одношнековый фильтр-пресс:

I — редуктор; 2 — кожух (сито); з — шнек.

(«либриформа») в бумажной промышленности и отделение изомеров
от кристаллизованных расплавов ароматических и алифатических
углеводородов.

Принцип работы и конструктивные особенности. Шнек обычно
выполняется «со сжатием» (с компрессионной способностью), так что
свободный объем между шнеком и ситчатым кожухом, который может
заниматься отжимаемым материалом, постоянно уменьшается в на-
правлении материального потока. Степень сжатия выбирается в за-
висимости от свойств отжимаемого материала и заданного содержания
жидкости в конечном (целевом) продукте. Шнек, как правило, изго-
тавливается сборным из отдельных винтовых элементов-секций.
Это делается как по соображениям простоты изготовления, так и
с целью обеспечения возможности варьирования конструктивного
оформления рабочего органа. Для повышения степени сжатия шнеки
и ситчатые кожухи могут выполняться коническими или с посекци-
онно уменьшающимися диаметрами. Как правило, весь корпус шнека
представляет собой ситчатый (перфорированный) кожух. Преимуще-
ственно применяемая конструкция ситчатого кожуха показана на
рис. 26.

Она состоит из перфорационных планок, расположенных концент-
рично относительно оси шнека, причем планки частично перекрывают
друг друга внахлест по типу черепичной крыши, так что продольная
кромка одной планки выступает на несколько десятых миллиметра
над следующей (соседней) продольной кромкой смежной планки. Это
предпринимается для того, чтобы предотвратить возможность вра-
щения отжимаемого материала вместе со шнеком без осевого переме-
щения среды (см. раздел 2.4) *. Роль выходных отверстий, необходимых
для отвода жидкой фазы, играют шлицы (зазоры) между отдель-
ными планками. Зазоры могут быть выполнены либо за счет приме-
нения тонких установочных (калибровочных) пластинок между каж-
дой парой соседних планок кожуха, либо за счет фрезерованных
канавок (шлицов) на продольных кромках перфорационных планок
с внутренней стороны кожуха. Обычно шлицы из-за возрастания
давления в направлении материального потока уменьшаются по вели-
чине, чтобы поддерживать на низком уровне нежелательное прохо-
ждение через сито некоторого количества твердого вещества.Рабочее
давление отжима может достигать 30-10® Па (300 кгс/см2).

Часто описанная конструкция перфорированного кожуха оказы-
вается недостаточно эффективной для предотвращения вращатель-
ного движения отжимаемого материала. Поэтому в качестве допол-
нительного мероприятия лопастная спираль шнека прерывается
гладкими участками цилиндрической или конической формы, свобод-
ными от винтовой нарезки, в которые на глубину почти до тела шнека
проходят скребковые элементы (кулачки), жестко закрепленные
на перфорированном корпусе.

Эти дополнительные элементы принудительно направляют обра-
батываемый материал в следующую секцию и предотвращают его
вращение вместе со шнеком [123].

Узел загрузки отжимаемого материала чаще всего выполняется
в виде обычной воронки. Для труднотекучих или скользящих про-
дуктов в качестве вспомогательных загрузочных средств использу-
ются одношнековые и, частично, двухшнековые устройства, причем
в последних шнеки могут быть взаимозацепляющимися и вращаться
навстречу друг другу. При получении масел для обеспечения опти-
мальных технологических параметров семена и плоды до процесса от-
жима предварительно разогревают и кондиционируют ** в жаровнях.

Узел выгрузки твердого продукта выполняется с постоянным
или с изменяющимся поперечным сечением. В первом случае приме-
няются шайбы с отверстиями определенного диаметра, а во втором
случае, как правило, предусматривается запорный конус, положе-
ние которого может регулироваться в аксиальном направлении,
освобождая при этом меняющееся по величине поперечного сечения
кольцевое отверстие для выгрузки.

Так называемые ситчатые (цедильные, отжимные) фильтр-прессы
используют также для проведения процессов промывки (стирки)

* В любой шнековой машине «подача» уменьшается при снижении коэффи-
циента трения среды о стенки корпуса и повышении «сцепления» материала
со шнеком. Поэтому увеличению производительности способствует огрубление
поверхности цилиндра и полировка шнека. — Прим. ред.

** Кондиционирование — придание продукту определенной влажности.
п пмпрегнирования (пропитки). Для этих целей применяют шнеко-
вые машины (рис. 95), в которых вслед за зоной отжима (компрес-
сии) подключена зона декомпрессии. В последней может разбрызги-
ваться моющая или импрегнирующая (пропитывающая) жидкость.
При входе в зону декомпрессии, имеющую глубокую нарезку, сжатый
материал мгновенно расширяется и интенсивно впитывает подавае-
мую жидкость. Добавленное жидкое моющее средство вместе с вымы-
ваемыми субстанциями вновь удаляется затем во втором последо-
вательно установленном шнек-прессе [124].

Рис. 95. Шнековый фильтр-пресс с зоной про-
мывки и пропитки.

Одновальные шнек-прессы описанного типа выпускаются фир-
мами «Fried. Krupp Harburger Eisen- u. Bronzewerke» (ФРГ),
«V. D. Andersen Со» (США), «The Bauer Bros. Со» (США) и «The
French Oil Mill Mashinery Со» (США) [124, 125] *.

Важнейшие технические данные нескольких типов машин про-
изводства фирмы «Fried. Krupp Harburger Eisen- u. Bronzewerke»
содержатся в табл. 32 [126].

Для отделения воды и растворов из суспензий полимерных мате-
риалов были разработаны шнековые фильтр-прессы с перфорирован-
ными (ситчатыми) кожухами. Конструктивная схема такой машины
представлена на рис. 96. Между ситчатым кожухом 2 и шнеком 1
предусмотрено кольцевое пространство 3 толщиной в несколько
миллиметров. Это пространство заполняется твердым веществом,
так что из отжимаемого материала образуется фильтрующий слой.
Фильтр-прессы данного типа были разработаны фирмой «Ruhrche-
mie AG» (ФРГ) для предварительной сушки водных суспензий

* Подобные машины в серийном масштабе выпускаются и в Советском
Союзе п в других странах социалистического содружества. — Прим. ред.
Таблица 32

Типы и технические характеристики одношнековых
ситчатых прессов

Тип (модель)	Частота враще- ния шнека, об/мпн	Мощность прп- вода, кВт	Производитель- ность *, КГ ''Ч
10st	19-22	35	350—400
X-VP	10-19	40	350—650
H-VP	24—36	68-90	1000—1700
СР 320-6	45—68	150—250	2500—4000

* В расчете на твердый материал плотностью 1 кг/л.

полиэтилена. При обработке суспензий ПЭ в таких фильтр-прессах
влагосодержание может быть понижено от —60% до —20%.

Процесс обезвоживания в шнековых фильтр-прессах может быть
усовершенствован, для чего обеспечивают продувку сжатого (спрес-
сованного) влажного твердого материала воздухом или другим газом

Рис. 96. Одношнековып фильтр-пресс:

1 — шнек; 2 — перфорированный кожух; 3 — кольцевое пространство
для фильтрующего слоя»

Шнековый фильтр-пресс с дополнительным устройством для осу-
шающей продувки показан на рис. 97. Сжатый газ под давлением
от 5'10® до 40-10® Па проходит через радиальные сверления 3 в теле
шнека, которые перекрыты перфорированными пластинками 2,
попадает далее в свободное рабочее пространство (межвитковые
каналы) шнека и затем вытесняет жидкость, глубоко проникшую
в поры фильтрующего слоя («пирога»). Газ и жидкость вместе про-
ходят через ситчатый кожух наружу и отводятся через устройства
для слива фильтрата [127].

Двухшнековые прессы по сравнению с одношнековыми обладают
большей рабочей поверхностью фильтрования воды, отнесенной
к объему материала, и обеспечивают принудительное продвижение
прессуемого (отжимаемого) вещества. В двухвальных шнек-прессах
типа ZSK с взаимозащепляющимися и вращающимися в одном
156
направлении шнеками (см. также раздел 3.3.9) за транспортирующей
зоной обычно устраивают короткую зону сжатия.

Давление, необходимое для фильтрования жидкости, развивается

шнековыми элементами (секциями)
Геометрическая конфигурация шне-
ков машин ZSK обеспечивает зна-
чительное давление уже в конце
относительно короткого участка
шнека. Перфорации (сита), согласно
рис. 98, устанавливаются не в на-
порной зоне (зоне сжатия), а только
в безнапорных транспортирующих
зонах (зонах декомпрессии), так что
потери твердой фазы в перфориро-
ванном кожухе очень малы. Жи-
дкость, отделяемая в зоне сжатия,
проходит относительно короткий
путь с ничтожным сопротивлением
до следующей противоточной без-
напорной зоны с кожухом, сквозь
который вытекает наружу. Транс-
портирующие и напорные секции

протпвозаходноп нарезкой.

Рис. 97. Шнековый фпльтр-иресс
с устройством для сушки про-
дувкой:

1 — свободный межвитковый канал
шнека; 2 — металлокерамические пла-
стинки; з — радиальное сверление
в шнеке.

могут выполняться многоступенчатыми, последовательно чередуясь
друг за другом.

Длина шнека

Сырая
каучуковая

. Применение. Ситчатые («цедильные») шнековые прессы приме-
няются в пищевой и бумажной промышленности, а также в производ-
ствах каучука и других химических производствах. Из многочислен-
ных случаев применения ниже подробно описываются лишь два
примера.
1.	Производство твердых ароматических
и алифатических углеводородов. Соединения угле-
водородов. такие как нафталин, хлорбензол, ксилол или парафин,
в результате процессов дистилляции выпадают в виде горячих рас-
плавов. которые переводят в твердое состояние охлаждением и кри-
сталлизацией. Как правило, эти продукты представляют собой смеси
нескольких изомеров и содержат пзомерные формы, обладающие
в большинстве случаев существенно отличающимися температурами
затвердевания. Температуры затвердевания мета- и орто-изомеров,
например, часто лежат ниже температур затвердевания пара-изо-
меров. Если при этом нагревать закристаллизованный расплав,

Рис. 99. Изменения содержания масел и температуры
затвердевания нафталина по длине перфорированного
кожуха фильтр-пресса.

то в жидкотекучее состояние переходят вначале только мета- и орто-
составляющие. Они могут быть выделены из смеси изомеров с помощью
ситчатого шнекового пресса, так что на выходе шнек-пресса в ка-
честве твердой фазы получают пара-компонент со степенью чистоты
в пределах от 98 до 99,5% . Количество тепла, необходимое для пере-
вода мета- и орто-компонентов в жидкое состояние подводится за
счет предварительного подогрева сырья и выделяется при воздей-
ствии давления в шнек-прессе. Процессы, происходящие в шнековой
отжимной машине при получении нафталина, иллюстрируются гра-
фиками, показанными на рис. 99. До процесса отжима (фильтро-
вания) продукт имел температуру затвердевания 70,9 °C и содержал
—19% «масла». В ходе процесса обработки содержание жидкой
фракции понижается до уровня <(2% в конечном продукте. Из-за
отделения легкозатвердевающих компонентов одновременно повы-
шается температура затвердевания продукта до 79,3 СС. Эта цифра,
таким образом, превышает температурный показатель в 79 СС, ко-
торый обычно предъявляется к товарному нафталину [123, 128].

2.	Механическое обезвоживание синтети-
ческого каучука. Синтетические каучуки (СК), такие как
сополимеры стирола и бутадиена (марки SBR) или бутадиена и акрпло-
15s
нитрила, получаются в процессе эмульсионной полимеризации и
после коагуляции и окончательной промывки выпадают в впде мо-
крой крошки. Другие типы СК, например полибутадиен и сополи-
меры этилена с пропиленом, полимеризуются в растворе и отделя-
ются от растворителей в процессе парофазноп дистилляции. В этом
случае также получаются мокрые частицы (крошка), которые не-
обходимо промывать и высушивать. Содержание воды в каучуковой
крошке после операции промывки находится, как правило, в пре-
делах 50—70% . Мокрые частицы каучука через вибросито направляют
в шнек-пресс и здесь отжимают до содержания воды в пределах
от 8 до 15%. Для этого используют машины, оснащенные перфори-
рованным кожухом с зазорами между планками в интервале от 0,1
до 0,3 мм. При этом вместе с отфильтрованной водой из конечного
продукта удаляется значительная часть нежелательных добавок
(например, эмульгаторы). Режущее приспособление, стационарно
установленное в конце шнек-пресса, вновь измельчает каучук до
крошки, которую сушат в сушильных камерах (печах) или шнеко-
вых испарителях (дегазаторах) до остаточной влажности <(0,5%.
Для осуществления описанного процесса используют шнек-прессы
с производительностью до 5 т/ч в расчете на сухой каучук. Затраты
энергии лежат в пределах от 0,04 до 0,08 кВт-ч/кг [129, 130].

3.5.2.	Бесситчатые^шнековые прессы

Использование ситчатых (или планочных) перфорированных ко-
жухов становится излишним, если отфильтрованную после отжима
жидкость можно направить противотоком, навстречу прямому по-
току твердого материала и отводить ее за загрузочным отверстием
шнекового пресса. Для реализации этого принципа были разработаны
так называемые конические или наклонно установленные шнековые
прессы, изображенные соответственно на рис. 35 и 28. Рабочее да-
вление в таких машинах возрастает вдоль оси шнека в направлении
к разгрузочному отверстию. Отфильтрованная жидкость движется
из зон высокого давления в зоны низкого давления и вследствие
этого навстречу продвижению материала, вынуждаемому шнеком,
в направлении к зоне загрузки машины. Конусность шнека или
соответственно его наклонная установка облегчают этот противо-
ток и создают, кроме того, предпосылки для того, чтобы жидкость
под действием силы тяжести попадала противотоком в зону, сво-
бодную от твердого материала и противолежащую загрузочному
отверстию. Из этой зоны жидкость может вытекать сквозь сверленые
отверстия в корпусе шнековой машины. Так как в подобных конструк-
циях нет никакого сита (перфорированного кожуха), то не происхо-
дит и «утечки» твердого материала через сито, вследствие чего может
быть развито очень высокое рабочее давление.

На рис. 100 представлен бесситчатый шнек-пресс для механи-
ческого обезвоживания мокрого синтетического каучука. Эта машина
изготавливается фирмой «Welding Engineers» и вместе с последо-
р вательно подключаемым двухшнековым испарителем-дегазатором
( составляет единый технологически взаимосвязанный агрегат (см.
также раздел 3.7.1). С помощью затвора тппа сифона в «противоточ-
ных» узлах машины поддерживается определенный уровень жидкости.
Так кан каучуковая крошка плавает в воде, закупорка сточных



Рис. 100. Бесситчатый шпек-пресс (а) и двухшнековый
Еспаритель (б) производства фирмы «Welding Engineers»:

1, 2 — дегазационные камеры; з — загрузочное отверстие; 4 — гидро-
затвор; 5 — гранулирующее устройство.

отверстий частицами твердого материала исключается. Принудитель-
ная подача шнека касается только каучуковой крошки, в то время
как вода «отстает», т. е. фактически движется в противоточном на-
правлении [131].

3.6.	ШНЕКОВЫЕ ИСПАРИТЕЛИ (ДЕГАЗАТОРЫ)
ДЛЯ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

3.6.1.	Шнековый испаритель с псевдоожиженным слоев!
системы «Holoflite»

Шнековый испаритель с псевдоожиженным слоем системы «Holo-

flite» получается,

если скомбинировать шнековый испаритель
«Holoflite» с устройством для псевдоожижения
и при этом, как показано на рис. 101, осна-
стить машину проницаемым («ложным») дни-
щем из спеченного металла (металлокерамики).
Машины этого типа изготавливаются амери-
канской компанией «Western Precipitation Di-
vision Joy Manufacturing Со.» (США) [132].
Принцип работы машины с полым шнеком опи-
сан в разделе 3.7.4. Продуваемый воздух слу-
жит только для псевдоожижения сыпучего

Рпс. 101. Шнековый испаритель с псевдоожиженным
слоем системы «Holoflite».
материала, а не для теплопереноса. Теплообмен осуществляется
посредством контакта сыпучего материала с обогреваемым шнеком,
так что описываемый аппарат можно рассматривать как контактную
сушилку.

3.6.2.	Двухшнековая сушилка с воздушной продувкой
типа SDT

Двухшнековая сушилка с воздушной продувкой типа SDT пред-
ставляет собой комбинацию продуваемого воздухом слоя и двух-
шнекового транспортного узла. Она служит для долговременной
сушки сыпучих материалов, которые в силу своей скомкованной,
грубоволокнистой или хлопьевидной структуры не способны к псевдо-

==> Потик материала
По ток газа

Рпе. 102. Двухшнековая сушилка SDT с воздушно!! продувкой.

4

ожижению или псевдоожижение которых экономически нецелесо-
образно. Продукт сушат в сыпучем виде продувкой воздухом или
инертным газом, транспортируя его при этом двумя зацепляющимися
шнеками, выполненными с тонкостенными винтовыми спиралями
и вращающимися в противоположные стороны. Машина SDT изго-
тавливается фирмой «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ).

Оба шнека, как показано на рис. 102, расположены друг над
другом и заполняют собой почти все поперечное сечение слоя. Ча-
стота вращения шнеков может регулироваться в пределах 5—15 об/мин
и обеспечивает соответствующее рабочее время (время обработки)
от 10 до 45 мин. Скорости газового потока находятся в интервале
между 1 и 2 м/с. Машина SDT выпускается различных типоразмеров.
В табл. 33 сведены типоразмеры, важнейшие технические характери-
стики и средние значения производительности этих машин [133].
Примером области применения описываемых машин может служить
сушка увлажненной водой карбоксиметилцеллюлозы. Две машины
SDT с диаметром шнеков 500 мм и длиной шнеков —3,4 м обеспечи-
вают сушку карбоксиметилцеллюлозы с исходным содержанием
Ьоды 60% до конечного влагосодержания <10% при производитель-
Риости агрегата 1800 кг/ч по увлажненному продукту.
Таблица 33

Типоразмеры и технические параметры машин серии SDT

Диаметр шне- ков, мм	Длина шнеков, мм	Объем слоя, м3	Пропускная способность (В кг ч) при насыпной плотности  <-'.4 кг/л	Рабочее время обработки, мин
300	4000	0,36	300	28
400	6300	1,00  2,00	800	30
500	8000		1600	30
630	8000	3,00	2400	30
	3.7.	ШНЕКОВЫЕ	ИСПАРИТЕЛИ-ДЕГАЗАТОРЫ	
	ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ		И УПРУГОВЯЗКИХ СРЕД *	

3.7.1. Двухшнековые машины «Welding Engineers»

Двухшнековые машины производства «Welding Engineers» были
уже подробно описаны выше (в разделе 3.3.6) в качестве шнековых
пластикаторов. Как и другие шнековые пластикаторы, в модифици-
рованном виде они используются также в качестве шнековых испа-
рителей-дегазаторов. Поэтому необходимо специально остановиться
па их применении для проведения процессов испарения и дегазации.

При конструировании технологической (рабочей) части было
разработано три корпуса дегазирующей машины, которые, как это
следует из рис. 103, в любой выбранной последовательности могут
монтироваться в одну «цепочку», многократно повторяясь вплоть
до общей относительной длины (отношения рабочей длины к диа-
метру) —70 : 1. [61]. Типичными областями применения этих машин
являются дегазация воды и растворителей и удаление мономерных
остатков из полимерных материалов [134]. Если последовательно
смонтировать три дегазационные секции типа V2 (рис. ЮЗ), то
удается освобождать пластические массы от исходного содержания
летучих компонентов —50% до нескольких десятых долей процента.
Этим методом можно также концентрировать растворы полимеров.

При содержании растворителя, превышающем 50%, такая техно-
логия, однако, становится нерентабельной, если исходить из холод-
ных растворов, которые должны разогреваться только в первой сек-
ции шнекового испарителя. Вследствие низкой вязкости среды энер-
гия привода практически не может подводиться к раствору и при-
ходится рассчитывать исключительно на теплопередачу через стенку
корпуса шнека. С помощью двухшнековой машины модели 2000,
оборудованной шнеком диаметром 51 мм, при отношении длины
к диаметру (так называемой относительной длине рабочего органа),
равном 48 : 1, и конструкции корпуса, показанной на рис. 104,

* Кроме описанных автором в настоящей главе шнековых испарителей-
дозаторов разработан и ряд других машин этого назначения — Прим, ред.
былп проведены соответствующие эксперименты на растворе поли-

бутадпена в бензоле с концентрацией от 16 до
до 30—40 е С [133]. При этом было установ-
лено, что в зоне нагревания при температуре
стенкп ~230 СС и частоте вращения шнека
144 об мин величина коэффициента теплопере-
дачи могла достигать 55,7 • 10~3 кВт/(м2-сС).
Соответственно этому пропускная способность
машины составляла только 13—18 кг/ч по
полнбутадпену.

Другой областью применения шнековых
испарителей (дегазаторов) производства «Wel-
ding Engineers» является сушка мокрого син-
тетического каучука. Каучуковая крошка,
содержащая от 50 до 60% воды, предварительно
отжимается шнек-прессом (см. раздел 3.5) до
влагосодержания в пределах от 10 до 15%,
после чего направляется в шнековый испари-
тель. Тепло, необходимое для испарения воды,
обеспечивается главным образом за счет пре-
вращения энергии привода в теплоту трения.
Водяные пары в этом случае отводятся при
вакуумировании через одно или два дегаза-
ционных отверстия типа V2. Таким методом

21,2°о, подогретом

каучук высушивается до содержания остаточ-
ной влаги </0,5% и затем в зависимости от типа
установки в конце шнекового испарителя
экструдируется в виде крошки, равномерного
(однородного) гранулята или ленты. Шнеко-
вый испаритель-дегазатор модели 6000 (диаметр
шнека 152 мм) обеспечивает при таком тех-
нологическом процессе производительность
—2000 кг/ч [136].

Двухшнековые машины «Welding Engineers»
для сушки каучука выпускаются в исполне-
нии, представленном на рис. 100, согласно
которому одношнековый наклонно располо-
женный бесситчатый шнек-пресс объединен
с двухшнековым испарителем в единый ком-
пактный агрегат (см. также раздел 3.5.2).
Характерными для этого агрегата, кроме того,
являются «противоходные» дегазационные
отверстия и малая длина вспомогательного
(«смежного») шнека. Последний заканчивается

5

V/

Рис. 103. Различные
типы зон дегазации
шнековых испарите-
лей производства
«Welding Engineers»:
I — секция загрузки
или противоточной дега-
зации, L : D = 7 : 1;
II — секция загрузки
материала при противо-
точной дегазации,

L : D = 7 : 1; III — глу-
хая (замкнутая) секция,
L : В = 5 : 1;	10 : 1;

15 г 1; IV — дегазацион-
ная секция с круглым
отверстием, L : D =
= 12 : 1; V — дегазаци-
онная секция с прямо-
угольным отверстием,
L : D — 12 : 1; VI — сек-
ция выгрузки для од-
ного шнека, L : D =
= 6 : 1; 9 : 1; 12 : 1.

еще до дегазационной камеры (воронки) прямоугольного сечения
напорным элементом, эффективность которого регулируется за счет
положения поршня. Напорный элемент способствует тому, что
влажный материал может быть под давлением нагрет до темпера-
туры, превышающей температуру кипения воды. Когда материал
тонким слоем проходит зазор между напорным элементом и порш-
нем в этом одношнековом дегазационном узле имеет место эффек-
тивный процесс испарения при резком понижении давления паров
1131].

Пары растворителя

Рис. 104. Технологический блок шнекового испарителя производства «Weldin
Engineers» для концентрации полимерных растворов.

l/D=3

3.7.2.	Двухшнековые прессы ZSK с месительпыми кулачками

Благодаря вариациям технологических узлов машины типа ZSK
(и соответственно ZDS-К) используются не только в качестве шнеко-
вых пластикаторов или шнековых реакторов, но и как шнековые
испарители. Конструктивные схемы и принципы работы этих машин
были уже описаны в разделе 3.3.9. Месительиые кулачки являются
важными вспомогательными
элементами в процессе дегаза-
ции, так как они постоянно
высвобождают в материале но-
вые свободные поверхности,
через которые выделяются ле-
тучие компоненты, и одновре-
менно с этим вследствие меси-
тельного воздействия (пласти-
кации) в материале выделяется
количество тепла, необходимое
для процесса испарения. Важ-
нейшие области применения
описываемых машин — удале-
воды из термопластичных поли-

мерных материалов и технологические операции концентрирования
растворов полимеров. Одновременно с дегазацией летучих ком
понентов возможно проведение процессов смешения и дисперги-
рования. На выходе машин типа ZSK и ZDS-К термопластичные
материалы могут подвергаться гранулированию.

Для сборки технологического блока были разработаны два дега-
зационных элемента (рис. 105) с различными площадями поперечного
сечения дегазационных камер, которые при желании могут быть
смонтированы, многократно чередуясь последовательно друг за
другом, вплоть до общей относительной длины (отношения сум-
марной длины составного цилиндра к диаметру шнека), равной
42 : 1. Надежность работы узлов дегазации в большой степени за-

L/D=6

\ \ 4	-'у- -Л

103. Различные типы зон дегаза-
шнекового испарителя типа ZSK.

Рис.
цпи

и

ние

висит от конструкции дегазационных камер (штуцеров). На рис. 106
показаны три типа дегазационных штуцеров для различных по со-
стоянию материалов. Конструкции бив применяются при обработке
вспенивающихся и структурирующихся («сшивающихся») материалов
с целью предотвращения закупоривания камер и отложения в них
спекшихся образований. С помощью вспомогательных самоочища-
ющихся шнеков, вращающихся в одинаковом направлении, со-
гласно конструктивному исполнению в, вспенивающийся продукт
непрерывно подпрессовывается обратно в шнековый испаритель
в то время, как газы и пары могут отводиться вверх [96, 137, 115].

Рис. 106. Различные дегазационные камеры шнековых испарителей типа
ZSK (а — в).

Машины ZSK или ZDS-К используются для дегазации пласти-
ческих масс с исходным содержанием летучих компонентов от макси-
мально 20% до их остаточного содержания <0,3%. При необходи-
мости, используя очень глубокое вакуумирование и дистилляцию
водяных паров в шнековом испарителе, можно добиться снижения
остаточного содержания летучих компонентов ниже уровня 0,1%.
Обычно для окончательной дегазации достаточен вакуум в 270* Па*
который можно обеспечить с помощью водокольцевых насосов;
;В специальных случаях должен применяться вакуум в пределах
от 1 до 10' Па.

Примером процесса дегазации в технологии пластических масс
является удаление мономера (демономеризация) полистирола *.
Необходимо, чтобы полистирол, соприкасающийся с пищевыми про-
дуктами (например, применяющийся для изготовления стаканов
^ашек и т. п.), содержал остаточный мономер в количестве <0,1% *
Поэтому содержание мономера в полистироле, которое обычно на-
ходится в пределах от 0,2 до 1%, следует еще более понизить обра-
боткой в шнековых дегазаторах. Для этой цели машины ZSK осна-
щают тремя дегазационными секциями (рис. 107), которые подклю-
чаются к системе с вакуумом ~270 Па. Дополнительно в каждую
----------

В Советском Союзе для удаления остатков мономеров из полистирола
р целью получения марок полимера, пригодных к изготовлению изделий для
рищевои и медицинской промышленности, разработаны новые машины, в кото-
рых стирол отделяется в поле центробежных сил. Эти машины более эффек-
тивны, чем шнековые дегазаторы. — Прим. ред.	*

164

165
дегазационную секцию (корпус) шнекового испарителя противо-
током впрыскивают определенное количество воды, примешивая
ее к расплаву полистирола. Возникающие при этом пары воды об-
разуют пузыри, дробящие («разрывающие») расплав полистирола
и высвобождающие таким образом новые поверхности для дегазации.
Водяные пары затем, совместно с мономером стирола, отсасываются
через дегазационные отверстия. Кроме того, в шнек-машине имеет
место азеотропная дистилляция, которая усиливает интенсивность
процесса дегазации вследствие высокой летучести стирола в смеси
с ^водяным паром.

Так, например, с помощью машины ZSK 120 при частоте вращения
шнеков 200 об/мин полистирол может освобождаться от мономера
до качества «пищевых» марок при производительности в пределах
600—700 кг/ч.

Стирол и вода

Рис. 107. Технологическая схема установки непрерывного действия для выпа-
ривания мономера (стирола) из полистирола.

При концентрировании растворов полимеров машина ZSK ис-
пользуется в качестве самоочищающейся камеры с резким пониже-
нием давления, т. е. «декомпрессионной» камеры [115]. Раствор
полимера вне шнек-машины перегревается под давлением выше тем-
пературы кипения растворителя и впрыскивается в машину ZSK
(рис. 108). При попадании сырья в ZSK происходит процесс деком-
прессионного испарения, при котором в зависимости от выходной
концентрации и температуры перегрева раствора большая или мень-
шая часть растворителя спонтанно испаряется. Испарительной
и декомпрессионной камерой (емкостью) служит корпус (материаль-
ный цилиндр) шнек-машины. Противовращающиеся шнеки обеспе-
чивают очистку декомпрессионной камеры и ее освобождение от
спекшихся образований, так что высвобождающиеся пары раство-
рителя могут отсасываться противотоком и пластический материал
с оставшейся, еще не испарившейся частью растворителя продви-
гаться вперед (прямотоком) в следующую секцию с нормальной дега-
зационной камерой. Таким образом, в описываемом устройстве
принцип противоточной дегазации скомбинирован с декомпрессион-
ным испарением.

Если температуры перегрева выбраны так, что — 80% раство-
рителя могут быть удалены противотоком по методу декомпрессион-
ного испарения, то удается концентрировать растворы полимеров,
содержащие максимум 50% растворителя.
При питании перегретым 50%-ным по лиметилмет акрил ат-метил-
метакрилатным раствором машина ZSK 120 обеспечивает пропуск-
ную способность 800 кг/ч по полиметилметакрилату при содержании
остаточного мономера на уровне 0,2%.

Специальной областью применения шнековых испарителей-дега-
заторов типа ZSK является сушка влажных (водосодержащих)
каучуков. В этом случае агрегат выполняется в виде комбинации
шнек-пресса и шнекового испарителя. В первой части такого агрегата

Рис. 108. Технологическая схема установки непрерывного действия для кон-
центрации полимерных растворов по методу декомпрессионного испарения:
I — раствор полимера; II — вода; III — растворитель; IV — растворитель и вода; V —
гранулированный полимер;

1 — машина ZSK; 2 — шестеренчатый насос для дозировки раствора полимера; 3 — конден-
сатор; 4 — вакуумный дегазационный штуцер; 5 — дозирующий насос с ресивером для
подачи воды; в — гранулирующее устройство; 7 — предварительный водоотделитель; 3 —
центробежная^сушилка гранулята; 9 — сборник воды после грануляции; 10 — центробеж-
ный водяной насос.

как это описано в разделе 3.5.1, мокрая каучуковая крошка отжи-
мается от 50%-го до 10%-го содержания воды, а во второй сек-
ции вода испаряется до <70,5%-го содержания в материале. При
этом конечное испарение может происходить через дегазационные
отверстия или перфорированные (ситчатые) кожухи либо проводиться
по принципу декомпрессионного испарения при пропускании мате-
риала через устройство с противозаходной нарезкой с последующим
свободным выходом. Машина ZSK 160 обеспечивает сушку, например,
каучука с высоким содержанием стирола до содержания остаточной
влаги 0,4% с производительностью 2000 кг/ч [138].

В атомной промышленности и энергетике шнековые испарители
типа ZDS-К используются для обработки радиоактивных отходов,
выделяющихся в виде водных суспензий и растворов. С течением
времени вода под действием радиоактивного облучения разлагается
с выделением гремучего газа. Частицы, испускающие излучение,
Хранятся в заглубленных емкостях в течение десятилетий, и постепенно
могут возникать свищи и течи, в результате чего происходит
заражение грунтовых вод и т. д. Поэтому, используя машины ZDS-K,
ступенчато удаляют (испаряют) воду, одновременно вводя в машину
жидкий битум. Радиоактивные частицы таким образом гомогенно-
диспергируются в битуме; в результате получается обезвоженный
концентрат отходов, который безопасно загружают в емкости [139,
140].

3.7.3.	Четырехшнековый испаритель VDS-V

Четырехвальный шнековый испаритель VDS-V представляет
собой дальнейшее развитие шнекового испарителя-дегазатора ZSK
для удаления очень больших количеств летучих компонентов из
пластических, упруговязких и вязкотекучих материалов. Машина
может быть оснащена месительными кулачками. Благодаря уплот-
нительному профилю шнеков
они самоочищаются и поэтому
могут использоваться в первую
очередь для материалов, про-
являющих склонность к на-
липанию. Эти машины выпуска-
ются фирмой «Werner u. Pflei-
derer» (ФРГ). Сокращенное наи-
менование машины — VDS-V
означает «четырехвальный испа-
ритель со шнеками уплотни-
тельного профиля».

Конструктивное исполнение.
В обогреваемом корпусе типа
желоба установлены четыре
шнека (рис. 109). Оба внешних
(наружных) шнека входят в со-
став пар, вращающихся в оди-
наковом направлении и уста-
новленных в корпусе с малым
зазором. Каждая пара по отно-
шению к другой вращается в
противоположном направлении,
причем внутренние шнеки каждой пары сопрягаются вдоль продоль-
ной образующей по наружному диаметру. Шнековые пары распо-
ложены на разных уровнях по высоте, образуя друг с другом откры-
тый кверху угол [141]. Описываемая машина состоит из отдельных
узлов, таких как технологический блок, привод, узел осевых упор-
ных подшипников, приводной двигатель и система циркуляции сма-
зочного масла. Технологический блок включает корпус (материаль-
ный цилиндр) и упомянутые четыре шнека. Шнековые валы техно-
логического блока разъемно соединены с ведущими валами привода
через эвольвентную зубчатую муфту так, что при замене шнеков они
могут отсоединяться от приводных валов и извлекаться из корпуса
машины. Шнеки и корпус смонтированы из сборных элементов. КаЖ-
дый шнек состоит из сквозного вала, шнековых дисков (шайб) п пласти-
кационных (месительных) кулачков, аналогичных применяемым
для машин ZSK и ZDS-К. Корпус машины смонтирован из отдель-
ных свинчиваемых участков-секций, набираемых в соответствии
с рядом различных значений отношения рабочей длины L к диа-
метру D в пределах от 9 : 1 до 39 : 1. Для сборки основного техно-
логического узла машины имеются закрытые секции с отношением
L[D, равным 3 : 1, и загрузочные, а также дегазационные секции
с отношениями L/D от 4:1 до 6:1.

Материальные цилиндры машин могут обогреваться или охла-
ждаться соответственно паром или жидким хладагентом. Преду-
смотрены также сверления для установки датчиков температуры
и давления материала, а также отверстия для подачи жидких компо-
нентов. Как правило, машины приводятся от вращающихся с по-
стоянной скоростью двигателей переменного (трехфазного) тока
со вспомогательным приводом либо от вращающихся с переменной
скоростью двигателей постоянного тока [142, 143].

Принцип действия. Обе шнековые пары являются самоочища-
ющимися и в процессе осевой подачи перерабатываемого материала
как бы провальцовывают его вокруг себя. При этом материал разо-
гревается за счет нагретых стенок корпуса и энергии трения, в ко-
торую переходит мощность двигателя (по вопросам продольной по-
дачи материала, эффективности смешения и способности шнеков
к самоочистке см. раздел 3.3.9). Материал, поступающий на два
верхних вала (ротора), падает вниз, в образованную шнеками «ванну»
и высвобождает при этом испаряющиеся летучие компоненты, напра-
вляющиеся в свободную, расположенную на некотором удалении
дегазационную камеру. Вследствие большого поперечного сечения
дегазационного «отверстия» скорости газов остаются обычно доста-
точно низкими, что исключает захват твердых частиц материала.
Надежность работы дегазационных отверстий, которая сопряжена
обычно для шнековых испарителей с многочисленными проблемами,
для машины VDS-V не вызывает особых затруднений, так как в ниж-
ней части дегазационной «шахты», где наиболее вероятно скопление
спекшихся частиц, размещены самоочищающиеся шнеки. Для интен-
сификации процесса дегазации можно работать под вакуумом. Мате-
риал собирается в наиболее глубоком месте и обновляется располо-
женными внизу шнеками как валковой парой, перемещается в новое
по сравнению с предыдущим положение, вновь соприкасаясь с го-
рячими стенками корпуса [96, 98, 144].

При подготовке (обработке) термопластичных материалов и эла-
стомеров на выходном конце машины могут устанавливаться решетки-
фильеры для так называемой холодной (штранговой) или горячей
грануляции.

Технические характеристики. В настоящее время выпускаются
две модели машины — VDS-V 83 и VDS-V 120. Числа в обозначениях
моделей отвечает величине наружного диаметра шнеков (в мм).
Важнейшие технические характеристики этих машин приведены
В табл. 34.
Таблица 34

Типы п технические характеристики машин VDS-V

Тип (модель)	Наружный диаметр шнека, мм	Отношение длины шнека к его диаметру  L/D	Глубина нарезки шнека, мм	Частота вращения шнека, об/мин	Мощность при- вода при мак- симальной частоте вращения шнека, нВт
VDS-V 83	83	9-39	7,5	15—300	190
YDS V 120	120	9-39	10,5	15—200	330

Примеры применения. Основной областью применения машин
VDS-V является концентрирование растворов и суспензий полимеров

и других пластических масс с исходным содержанием летучих компо-
нентов 10—70°о до остаточного содержа-

Рис. ПО. Шнековый испа-
ритель типа VDS-V с де-
компресспопяоп камерой
для концентрации раство-
ров полимеров:

I — сопло; 2 — декомпресси-
онная камера; 3 — жгуты ма-
териала; 4 — верхние шнеки
машины VDS-V; 5 — нижние
шнеки машины VDS-V.

ния <0,5%. Одновременно с дегазацией
продукт может окрашиваться или гомоге-
низироваться, а в случае термопластич-
ных материалов — гранулироваться непо-
средственно в конце машины. Эласто-
меры в некоторых случаях также могут
гранулироваться либо экструдироваться
в виде лепт.

Если машины питаются холодными
растворами, то необходимая для их испа-
рения тепловая энергия должна подво-
диться к обрабатываемой среде через обо-
греваемый корпус и за счет теплоты внут-
реннего трения. Для рентабельности ра-
боты установки желательно по крайней
мере 50% потребной тепловой энергии под-
водить за счет механической энергии шне-
ковых валов. В общем случае это возможно,
если вязкость подаваемых растворов
превышает 50 Па-с.

Особенно экономично питание машин

предварительно нагретыми или, если это
возможно, перегретыми под давлением
растворами. Если, например, в машину
VDS-V 83 подавать раствор полиолефина,
содержащий 10% растворителя и нагре-
тый до температуры 90 СС, то удается
достичь производительности 1150 кг/ч по
твердому продукту с остаточным содержа-
нием растворителя <0,5%. При питании

перегретым раствором можно комбинировать декомпрессионное ис-
парение с так называемой противоточной дегазацией. Дегазационная
установка (агрегат), пригодная для обработки целого ряда раство-
ров полимеров, может быть смонтирована, если скомбинировать ма'
шину VDS-V с декомпрессионным устройством, как показано на
рис. ПО. Если вне агрегата раствор термопласта или эластомера
перегревается под давлением выше температуры кипения раствори-
теля и после прохождения через фильеру-сопло 1 декомпремпруется.
(т. е. подается в зону, где расширяется до нормального давления),
то происходит спонтанное декомпрессионное испарение. При этом
значительная часть растворителя высвобождается в декомпрессион-
ной камере 2 и может отсасываться. Часто оказывается возможным
регулировать процесс декомпрессионного испарения так, что расплав
полимера с остаточной долей растворителя образует вспененную,
хорошо сформированную струю (поток) 3, направляемую верхними
шнеками 4 машины VDS-V и захватываемую нижними противовраща-
ющимися шпеками 5. При этом пузыри, содержащиеся внутри массы
потока, разрушаются и становится возможным удаление другой
части растворителя через декомпрессионную камеру. Затем доста-
точно концентрированный раствор повторно нагревается в первом
узле машины VDS-V так, что вновь к нему подводится количество
тепла, необходимое для удаления оставшейся части растворителя
через обычное дегазационное отверстие машины. Таким способом
растворы полимеров с 70%-ным содержанием растворителя за один
рабочий цикл могут концентрироваться до остаточного содержания
растворителя -<0,5%, а при необходимости даже <ф0,1%. От при-
менявшейся до сих пор для удаления растворителей водонаровой
дистилляции в этом случае можно отказаться.

Производительность (пропускная способность) агрегата в значи-
тельной мере зависит от конечной концентрации, температуры кипения
и теплоты испарения растворителя, а также температуры предва-
рительного перегрева раствора.

3.7.4.	Шнековый испаритель системы «Holoflite»

Шнековый испаритель «Holoflite» характеризуется относительно
большой поверхностью теплообмена, которая образована глубокой
нарезкой полого шнека сварной конструкции. Тепло, необходимое
для испарения, подводится в перерабатываемый материал исключи-
тельно через теплообменные поверхности, а не за счет превращения
энергии привода. Основные области применения — сушка влажных
сыпучих материалов и удаление жидкостей из суспензий, шламов
и фильтровальных осадков. Эти машины используются также в ка-
честве теплообменников для нагрева и охлаждения сыпучих веществ
и суспензий в химической, пищевой и горнорудной промышленности.
Производителем машин этого типа в ШЛА является «Western Preci-
pitation Division Joy Manufacturing Со». В ФРГ производством п
применением машин системы «Holoflite» занимаются фирма «Lurgi-
Gesellschaft» и машиностроительный завод «В. Thies» [145—147].

Шнековый испаритель-дегазатор «Holoflite», как правило, осна-
щается двумя взаимозацепляющимися шнеками, вращающимися
навстречу друг другу (см. рис. 32). Шнеки не раздвигаются,
поэтому эти машины применяют только для материалов, не проявля-
ющих склонности к агломерации В одном корпусе, выполненном
в форме желоба, могут быть смонтированы вместе две пары шнеков,
т. е. всего четыре шнека. Машина состоит в основном из желоба
(который может быть оснащен двойной рубашкой и оборудован опор-
ными подшипниками рабочих органов, а также разгрузочным шту-
цером), полых шнеков с присоединительными головками для под-
вода и отвода теплоносителя, крышки желоба с загрузочным шту-
цером (воронкой) и дегазационными отверстиями, а также приводом
шнеков. Жидкие теплоносители для нагрева или охлаждения про-
текают параллельным током в том же направлении,, что и обрабаты-
ваемый материал, по полым шнекам и противотоком по полым шнеко-
вым виткам. Температура теплоносителя может достигать 350 °C.

Обрабатываемый продукт в процессе транспортировки постоянно
перемешивается так, что отдельные частицы материала вновь и
вновь приходят в контакт с теплообменными поверхностями полых
шнеков, труб и стенок желоба. Частота вращения шнеков низкая
и лежит в диапазоне от 1 до 20 об/мин, что позволяет избежать обра-
зования пыли и измельчения (перемалывания) вещества.

Каждый шнековый испаритель системы «Holoflite» имеет опре-
деленное обозначение в соответствии со своими размерами. Так,
цифры 1214-5 означают, что речь идет о двух полых шнеках (символ
D означает два шнека, символ Q — четыре полых шнека), имеющих
наружный диаметр 12 дюймов и длину 14 футов при шаге винтовой
линии 5 дюймов (соответственно около 30,5 мм, 4270 мм и 12,7 мм).

В табл. 35 сведены основные типы (модели) машин производства
«Lurgi-Gesellschaft» и их основные геометрические параметры [1461.

Таблица 35

Типы и геометрические параметры шнековых испарителей
«Holoflite»

Тип (модель)	Число шнеков	Наружный диаметр пшеков, мм	Длина шнеков, мм	Шаг винто- вой линии, мм
D 710-3	2	178	3048	76
D 712-3	2	178	3658	76
D 714-3	2	178	4267	76
D 1210-5	2	305	3048	127
D 1212-5	2	305	3658	127
D 1214-5	2	305	4267	127
D 1216-5	2	305	4877	127
D 1612-6	2	406	3658	152
D 1614-6	2	406	4267	152.
D 1616-6	2	406	4877	152.
D 1620-6	2	406	6096	152
Q 1610-6	4	406	3048	152
Q 1612-6	4	406	3658	152
Q 1614-6	4	406	4267	152
Q 1616-6	4	406	4877	152
Q 1620-6	4	406	6096	152
3.7.5.	Испаритель-дегазатор с полыми шпеками
уплотнительного профили

Двух- и четырехшнековые испарители с самоочищающимися
рабочими органами уплотнительного профиля служат для дегазации,
нагрева и охлаждения таких материалов, которые проявляют склон-
ность к налипанию на теплообменные поверхности и поэтому не могут
перерабатываться с помощью шнековых машин типа «Holoflite»
(см. раздел 3.7.4). Для обеспечения геометрии уплотнительного
профиля шнеки таких машин должны взаимно зацепляться с малыми
зазорами и вращаться в одинаковом направлении, соприкасаясь
при минимальной «игре» сопрягаемыми поверхностями. Относи-
тельно принципа действия шнеков уплотнительного профиля уже
говорилось, кроме прочего, в разделе 3.3.9 {81].

Двухшнековые машины с самоочищающимися полыми шнеками
изготавливаются фирмой «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ) под названием
«двухвальные машины с полыми шнеками типа ZHS» [85, 98, 143].
Фирма «Lurgi-Gesellschaft» (ФРГ) и машиностроительный завод
«В. Thies» (ФРГ) выпускают и эксплуатируют двух- и четырех-
шнековые испарители с полыми шнеками (см. рис. 33), которые
сконструированы аналогично шнековому испарителю «Holoflite».
Различные типы конструкций фирм «Lurgi» и «Thies», а также пара-
метры этих машин сведены в табл. 36 [148]. Важнейшие геометри-
ческие параметры также находятся в соответствии с обозначением
моделей. Так, обозначение 2W 160-18 означает, что речь идет о двух-
шнековой машине со шнеками диаметром 160 мм при их длине
1,8 м. В США машины аналогичных типоразмеров (с двумя и четырьмя
шнеками) выпускаются «Western Precipitation Division Joy Ma-
nufacturing Со» [149].

Таблица 36

Типы и технические характеристики испарителей с полыми шнеками
производства «Lurgi» и «Thies»

Тип (модель)	Число шнеков	Наруж- ный диаметр шнеков, мм	Длина шнеков, м	Поверх- ность теплооб- мена шнеков, м2	Поверх- ность теплооб- мена корпуса (желоба), м2	Теоретическая производитель- ность (в л/ч) при частоте вращения шнеков 1 об/мин
2W 160-18	2	160	1,8	2	0,6	70
2W 207-27	2	207	2,7	4	1,5	140
2W 356-25	2	356	2,5	8	2	500
2W 356-39	2	356	3,9	13,5	3	500

3.7.6. Декомпрессионные испарители

Одношнековые декомпрессионные испарители для окончательной
сушки влажного синтетического каучука с исходным содержанием
воды 8—12% до остаточного влагосодержания ниже уровня 0,5%
были разработаны в США «V. A. Anderson Со» п «French Oil Mill
Machinery Со».

Эти машины оснащены обогреваемым паром глухим корпусом
без дегазационных отверстий и шнеками с прерывающимися витками.
В местах разрывов винтовой линии шнека проходят пальцы (стержни),
жестко закрепленные на корпусе. Стержни предназначены для пред-
отвращения закручивания фильтруемого материала при вращенпи
шнека и, кроме того, усиливая эффективность перемешивания, спо-
собствуют превращению энергии привода в теплоту внутреннего
трения.

Каучуковая крошка, предварительно отжатая в шнек-прессе
(установленном первым по ходу материального потока) до влаго-
содержания ~40%, непрерывно подается в декомпрессионный испа-
ритель, где по мере продвижения непрерывно сжимается. При этом
смесь каучука с водой одновременно разогревается за счет теплоты
трения и наружного обогрева материального цилиндра. Геометрия
шнека выполнена так, что давление материала все время превышает
давление паров воды, содержащейся в каучуке, и вода в материале
остается поэтому в жидком состоянии.

Смесь каучука с водой под давлением разогревается настолько
сильно, что аккумулированного материалом тепла достаточно для
испарения воды при резком снятии давления (декомпрессии). Для
того чтобы понизить исходное влагосодержание (10%) до конечного
(~0,5%), достаточной оказывается температура перегрева, лежащая
в интервале от 180 до 190 °C. Декомпрессионное испарение наступает
в тот момент, когда влажный перегретый каучук под давлением экс-
трудируется (продавливается через решетку) в декомпрессионную
камеру, находящуюся под нормальным давлением или под некоторым
разрежением. Из-за моментального испарения воды при прохожде-
нии через фильеру масса каучука разрывается до пористой крошки,
из которой легко удалить остаточную влагу [129, 130]. Для разогрева
смеси каучука с водой материалу сообщается от 0,09 до 0,11 кВт • ч/кг
энергии за счет превращения механической энергии привода в теп-
лоту трения. Существенная часть необходимого количества тепла
может подводиться за счет обогрева корпуса шнек-машины, так как
вследствие благоприятных условий теплопередачи в среде каучука
с водой, находящейся под высоким давлением, теплопроводность
массы может достигать 0,81 кВт/(м2-°С) [150].

Отделение водяных паров от каучуковой крошки в декомпресси-
онной камере сопряжено с рядом трудностей. Необходимо принимать
меры, чтобы эластомер не осаждался на стенках камеры, так как он
будет поглощать быстро конденсирующиеся пары воды. Мокрая
крошка каучука может попадать в высушенный материал, что при-
водит к образованию водяных включений (пузырей) в кусках кау-
чука, спрессованных из высушенной крошки.

Сушка таких синтетических каучуков, как полибутадиен, поли-
изопрен, сополимер бутадиена со стиролом (БСК), бутилкаучук
и сополимер этилена с пропиленом (СКЭП), может проводиться
по описанному способу с производительностью до 4 т/ч.
3.8. ШНЕКОВЫЕ РЕАКТОРЫ

3.8.1.	Аппарат системы «Ко-Kneter»

Машина «Ко-Kneter» уже была подробно описана в разделе
3.3.4 в качестве шнекового пластикатора. Аналогично другим шне-
ковым пластикаторам, «Ко-Kneter» используется также для прове-
дения реакций в вязкопластичных средах, поэтому в данном разделе,
посвященном шнековым реакторам, целесообразно еще раз остано-
виться на специфике его работы. Что касается конструкции и прин-
ципа действия, то между машиной «Ко-Kneter», используемой в ка-
честве шнекового пластикатора, и аппаратом «Ко-Kneter», работа-
ющим как шнековый реактор, нет никаких различий. При описании
конструкции машины и принципа ее работы на это уже указывалось
в разделе 3.3.4. Ниже будет рассмотрено применение аппарата си-
стемы «Ко-Kneter» исключительно в качестве шнекового реактора.

В табл. 37 сведены важнейшие реакционные процессы, для про-
ведения которых используется аппарат с осциллирующим шнеком
«Ko-Knetei» [53]. В качестве примера из области неорганической
химии ниже подробно описывается производство плавиковой кислоты.

Таблица 37

Области применения аппарата «Ко-Kneter» в качестве
шнекового реактора

Фтор

Целлюлоза

Полимеры

Процесс

Перемешивание
Гомогенизация
Предварительная
реакция

Реакция

Ацетилирование
Ксантогенирова-
нпе

К	PR	или	К

К	PR	или	К

—	PR	или	К

К	PR	или	К

Плавиковая кислота получается при реакции плавикового шпата
с серной кислотой. В качестве побочного продукта выделяется
гипс согласно уравнению реакции:

CaF., ж H,SO4-----► 2HF + CaSO4

В течение процесса исходная шламообразная реакционная смесь
переходит, с одной стороны, от пластичного состояния до сухого
гипса, а с другой — до газообразной плавиковой кислоты. Первая
стадия реакции (вплоть до степени превращения —60%) протекает
очень быстро, в то время как вторая стадия (до 98%-го превращения)
требует гораздо большего времени и большего количества тепла
(рис. 111).

В соответствии с этим процесс производства также разделяется
на две стадии. Для проведения первой стадии процесса, т. е. для об-
работки среды в пластичном состоянии, в качестве форреактора

Продолжительность процесса, мин

Рис. 111. Ход процесса получения плавиковой кислоты во вре-
мени [расход: 1300 г плавикового шпата (96%), 1647 г серной
кислоты (98%)]:

I — полученное количество плавиковой кислоты, г; II — степень превра-
щения плавикового пшата, %; III — количество тепла, отнесенное к ко-
личеству плавиковой кислоты, ккал/г; IV — температура реакционной
смеси, °C.

используют «Ко-Kneter», а для более длительной второй стадии,
проходящей в твердой фазе, в качестве концевого реактора приме-
няют обогреваемую вращающуюся печь.

На рис. 112 представлена технологическая схема процесса. В су-
шилке 1 удаляется вода из влажного флотированного шпата. Высу-
шенный плавиковый шпат накапливается в бункере 2 и оттуда до-
зирующим устройством 3 подается в аппарат «Ko-Kneter» 4 типа К.
Так как из-за загрязнений сырья возможны побочные реакции,
при которых образуется вода, в установку дополнительно вводят
олеум, связывающий воду. Олеум обычно предварительно примеши-
вают к серной кислоте. Смесь олеума и серной кислоты впрыски-
вается в реактор с помощью дозирующего насоса 5 и интенсивно пере-
мешивается с плавиковым шпатом. При этом начинается реакция,
в ходе которой до момента выхода среды из аппарата ~30% содер-
жащегося в плавиковом шпате фтора переводится в плавиковую
176
(кислоту. Эта первая фаза реакции связана с исключительно высокой
^коррозионной активностью среды, поэтому сменные быстроизнашж-
вающиеся детали шнекового реактора должны быть изготовлены
йз специальных высоколегированных сталей.

Материал поступает затем в обогреваемую вращающуюся печь 6,
в которой реакция доводится до конца. Образующаяся плавиковая
кислота в газообразном виде отводится из загрузочной головки вра-
щающейся печи в колонну предварительной очистки 7, в которой
происходит ее обеспыливание и отделение тяжелолетучих загрязне-
ний (серная кислота и вода). С помощью последовательно включен-
ных в схему установки конденсаторов и дистилляционных колонн

Рис. 112. Технологическая схема установки непрерывного действия для полу
чения плавиковой кислоты:

1	— сушилка; 2 — бункер для плавикового шпата; а — дозатор; а — смеситель типа «Ko-
Kneter»; S — дозирующий насос; в — вращающаяся трубчатая печь; 7 — колонна предва-
рительной очистки; а — шнековый смеситель.

обеспечивается выход плавиковой кислоты со степенью чистоты
99,9%. В качестве побочного продукта на выходном конце враща-
ющейся печи скапливается гипс с максимальным содержанием сер-
ной кислоты —0,5%. В шнековом смесителе 8, установленном вслед
за печью, гипс нейтрализуется при перемешивании с подаваемой
в машину известью. После этого гипс измельчается и может исполь-
зоваться в строительном деле.

Установки описанного типа q производительностью до 2,5 т/ч
хорошо зарекомендовали себя в крупнотоннажных промышленных
Производствах. Для получения 1000 кг плавиковой кислоты со
ртепенью чистоты 99,9% по этой технологии расходуется 2300 кг
йлавикового шпата, содержащего не менее 97% GaF,, и 2700 кг
100%-ной серной кислоты. При этом выделяется —ЗоОО кг гипса
153, 151].
3.8.2.	Двухшнековый реактор ZSK
с месительными кулачками

Аппараты ZSK или ZDS-К, применяемые в качестве шнековых
реакторов, практически не отличаются по конструкции и принципу
действия от машин этого типа, используемых в качестве шнековых
пластикаторов и шнековых испарителей-дегазаторов. Представле-
ния о конструктивном исполнении и работе машин ZSK и ZDS-K
можно получить по информации, изложенной в разделах 3.3.9
и 3.7.2.

Области применения ZSK и ZDS-К в качестве шнековых реакто-
ров сведены в табл. 38 [154—156]. Ниже несколько примеров при-
менения этих машин описываются подробнее.

1.	Производство алюмината натрия. Алю-
минат натрия — вспомогательное вещество при подготовке (очистке)
воды в бумажной промышленности и строительном деле — полу-
чается согласно уравнению:

NaOH + Al(OH)3 >NaA102 + 2H20

Алюминат натрия в чистом виде представляет собой твердое
зернистое вещество белого цвета. В смеси с выделяющейся в ходе
реакции водой он образует вначале тестообразный продукт (пульпу),
так как полностью растворим в воде. Гидроокись алюминия —
порошкообразное вещество — подается шнековым дозатором в зону
загрузки ZDS-К. 50%-ный натриевый щелок представляет собой
жидкость, которая с помощью поршневого (скальчатого) насоса
вводится (впрыскивается) в реактор ZDS-К через сверленое отвер-
стие в корпусе, расположенное на некотором расстоянии до узла
загрузки. Аппарат ZDS-К оснащен установленными по всей длине

Процесс (операция)	Алюминат натрия	Полиэфиры, полиамиды	Полиуре- тавы
Смешение и гомогенизация  Дегазация  Полимеризация	]  Поликонденсация	>  Реакция полиприсоединения J  Окончательная полимеризация 1  Окончательная поликонденсация /  Модификация свойств прививкой или сши- ванием  Направленная деструкция до низкого мо- лекулярного веса  Стабилизация концевых групп  Изомеризация  Химические реакции обычных типов	ZDS-K  ZDS-K  ZDS-K	ZSK ZDS-K  ZSK ZDS-K  ZSK ZDS-K  ZSK ZDS-K  ZSK ZDS-K	ZSK ZDS-K  ZSK ZDS-K
валов месительными шайбами-кулачками, обеспечивающими «внут-
реннее» перемешивание компонентов реакции и поддерживающими
тем самым высокий градиент концентраций. Реакционный продукт
выходит из последней секции аппарата в виде пульпы. Благодаря
обогреву корпуса существенная доля воды испаряется уже в шнек-
машине (реакторе). Водяной пар покидает реактор также через сво-
бодный выход последней секции. Окончательная сушка «кашице-
образного» продукта происходит в последующих сушилках. Из-за
высокой абразивности гидроокиси алюминия используют элементы
шнека и материального цилиндра (корпуса), изготовленные из износо-
стойких материалов. Реактор типа ZDS-К при частоте вращения
шнека 80 об/мин обеспечивает производительность до 400 кг/ч
при помощи привода 5 кВт.

2.	Блочно-привитая сополимеризация по-
лиамидов и полиэтилена. При перемешивании двух
или нескольких термопластов в пластичном состоянии совместно
с 0,5—0,7% перекиси или другого вещества, разлагающегося по
радикальному механизму, при сдвиговом деформировании материала
в макромолекулярных цепях образуются свободные радикалы, ко-
торые приводят к реакциям сшивки. Таким способом даже из столь
различных и несовместимых полимеров, как, например, полиамид
и полиэтилен, частичной взаимной сшивкой могут быть получены
новые вещества. Для каждой системы необходимы соответствующие
деформации (напряжения) сдвига, обеспечивающие оптимальную
межмолекулярную сшивку. Такие поля сдвиговых сил переменного
напряжения могут быть реализованы в шнековых аппаратах ZSK
или ZDS-K.

При блочно-привитой сополимеризации (модификации свойств)
90% таких полиамидов, как найлон-6,6 или найлон-6, с 10%

Таблица 38

)бласти применения аппаратов ZSK и ZDS-К в качестве шнековых реакторов

Полиформальдегид (из триоксана)	Синтетические каучуки	Полиолефины	Щелочные соли те- рефталевой кислоты
ZSK	ZSK	ZSK	ZSK
ZDS-K	ZDS-K	ZDS-K	
ZSK	ZSK	ZSK	ZSK
	ZDS-K	ZDS-K	
ZSK	ZSK	—	—
ZDS-K	ZDS-K		
—	—	—	—
—	—	ZSK	—
		ZDS-K	
—	—	ZSK	•—
ZSK	—		—
—	—	ZSK	—
—	—	•—	—

12*

179
полиэтилена высокого давления шнековый реактор ZSK 83/v обеспе-
чивает производительность 350 кг/ч при удельных энергозатратах
—0,2 кВт-ч/кг [110, 152, 153].

3.	Направленная деструкция полиолефи-
нов. При воздействии высоких температур в течение определенного
времени полиолефины могут подвергаться деструкции с целью сни-
жения молекулярного веса при разрыве макромолекулярных цепей.
Таким образом можно, например, получать марки полимеров обыч-
ного молекулярного веса со специальными свойствами, пригодные
для переработки методом литья под давлением.

Рис. 113. Технологическая схема установки непрерывного действия для полу-
чения полиуретанов:

1 — бункер для многоатомного спирта; 2 — бункер для изоцианата; з — насосы; 4 — ма-
шина ZSK; 5 — головка; 6 — ванна с водой; 7 — штранг-гранулятор.

Для проведения описываемого процесса исходный материал
подвергают нагреву в машине ZSK, имеющей отношение рабочей
длины к диаметру 36 : 1. В первой части (секции) реактора полимер
за счет сдвигового деформирования и внешнего нагрева (через стенки
материального цилиндра) разогревают до температуры в пределах
от 350 до 400 °C. Во второй секции шнек-машины расплав охлаждают
до нормальных температур переработки [98].

В предельном случае по такому методу может быть получен низко-
молекулярный полиэтиленовый воск (парафин). С помощью агрегата
ZSK 160/v при деструкции полиэтилена низкого давления с исходным
индексом расплава ИР211в = 2 г/10 мин может быть получен про-
дукт с индексом расплава на выходе ИР5 = 15 г/10 мин с произво-
дительностью от 1200 до 1500 кг/ч. При производстве низкомоле-
кулярного парафина из полиэтилена низкого давления с исходным
индексом расплава ИР5 = 0,3 г/10 мин агрегат с отношением ра-
бочей длины к диаметру 42 : 1 обеспечивает пропускную способность
от 120 до 300 кг/ч (в зависимости от заданной вязкости конечного
продукта).

4.	Производство полиуретанов. Полиуретаны по-
лучают реакцией полиприсоединения между полиспиртами (поли-
олами) и изоцианатами. При введении расплавленных полиспиртов
и изоцианатов (с добавкой в определенной пропорции соответству-
ющих катализаторов) с помощью специальных насосов в шнековый
реактор ZSK (или ZDS-K) в нем за несколько секунд проходит реак-
ция (рис. ИЗ). По ходу реакции и после нее материал гомогенизи-
руется, продавливается через фильеру, охлаждается и затем грану-
лируется с помощью штранг-гранулятора. Шнековый реактор'
ZDS-K 83 обеспечивает при частоте вращения шнеков 150—300 об/мин
производительность от 250 до 450 кг/ч.' Удельные энергозатраты
при этом составляют —0,1 кВт-ч/кг.

3.8.3.	Двухпшековый реактор ZDS-R

Шнековый реактор типа ZDS-R снабжен двумя параллельно
расположенными шнеками, сопряженными взаимно уплотнитель-
ным профилем нарезки и поэтому очищающими друг друга. Такой
реактор изготавливается фирмой «Werner u. Pfleiderer» (ФРГ).
Агрегат может использоваться в интервале давлений 1—745 Па
при эффективном рабочем времени от 20 мин до нескольких часов
для проведения непрерывных реакций в вязкопластичных средах,
обладающих вязкостью ~1000 Па-с. Реактор служит, например,
для окончательной поликонденсации полиэфиров на основе ДМТ
и ТРА.

В корпусе шнекового реактора ZDS-R, оснащенного двойной
рубашкой для обогрева, параллельно друг другу с беззазорным
зацеплением расположены однозаходные шнеки (см. рис. 40). Шнеки
состоят из валов с насаженными червячными элементами, выпол-
ненными из омедненного алюминия. Они связаны с ведущими валами
и после снятия торцевой стенки корпуса могут выдвигаться наружу.
Двойная рубашка, охватывающая корпус, по соображениям проч-
ности разделена на три нагревательные камеры, которые объеди-
няются, образуя общую зону обогрева. Реактор ZDS-R, как правило,
обогревается парами дифенила (динила) при максимальной темпера-
туре 350 СС и максимальном рабочем давлении —0,47 • 106 Па. Корпус
реактора охватывает с зазором шнеки снизу, примерно на две трети
их диаметра. Над шнеками образована дегазационная камера, в ко-
торой моя!ет создаваться вакуум соответствующей величины. Эле-
менты корпуса, соприкасающиеся с продуктом, выполнены из нержа-
веющей стали.

При поликонденсации полиэфиров форконденсат в расплавлен-
ном виде закачивается в шнековый реактор снизу по трубопроводу,
подсоединенному непосредственно к рабочей зоне. Разгрузка осу-
ществляется также снизу через специальный патрубок, который
может быть оснащен дополнительным разгрузочным шнеком. В раз-
грузочной части корпуса находится обогреваемый отсос в виде
штуцера, подключаемого к вакуум-насосам. Внутренняя полость
реактора уплотняется с помощью охлаждаемых колец Зиммера *,.
установленных на проходных участках шнековых валов. Между
уплотнительными кольцами может создаваться дополнительный

* Кольцо Зиммера — принятое в ФРГ название резиновых уплотнитель-
Вых колец. — Прим. ред.
подпор азота во избежание попадания кислорода воздуха в шнековый
реактор. В процессе работы реактор заполнен лишь частично. Вслед-
ствие этого рабочие поверхности шнеков, освобождающиеся после
погружения в расплав, непрерывно подают к дегазационной камере
новые слои материала, подвергаемые там вакуумированию. Рабочие
органы (шнеки) реактора, взаимозацепляющиеся с малыми зазорами,
обеспечивают постоянное перемешивание и обновление слоев мате-
риала так, что в каждый момент времени вакуумированию подвер-
гаются свежие порции продукта.

Привад шнекового реактора ZDS-R присоединен на фланцах
к торцевой стенке корпуса со сторны зоны загрузки (рис. 114).

Рис. 114. Двухшнековый реактор типа ZDS-R 500/3000.

Привод состоит из двигателя постоянного тока во взрывозащи-
щенпом исполнении, редуктора с цилиндрическими шестернями и
двухступенчатой передачи. Между приводом и технологическим бло-
ком установлена зубчатая муфта, которая компенсирует неизбеж-
ное температурное расширение технологического блока в различных
направлениях и одновременно обеспечивает равные частоты вращения
обоих шнеков. Срезающийся штифт в двухступенчатой передаче
защищает машину от превышения максимально допустимого крутя-
щего момента. Кроме того, крутящий момент измеряется на двига-
теле постоянного тока, который электрически защищен от перегру-
зок по крутящему моменту (по току).

До настоящего времени выпускается одна модель шнекового
реактора ZDS-R со шнеками диаметром 500 мм и длиной 3000 мм
под названием ZDS-R 500/3000. Диапазон частот вращения шнеков
составляет от 0,6 до 6 об/мин при максимальной мощности привода
6 кВт. Полезный рабочий объем реактора при 65%-ном заполнении
составляет 375 л. При окончательной конденсации полиэфирного
форконденсата с характеристической вязкостью 0,3 до получения
продукта с конечной вязкостью 0,65 шнековый реактор обеспечивает
производительность 6—8 т/сутки.

При повышении характеристической вязкости от 0,65 до 1,0
достигается производительность 3—4 т/сутки [157]. В настоящее
время проходит испытания шнековый реактор модели ZDS-R 800/4500
с полезным объемом 1485 л и производительностью от 10 до 30 т/сутки.
3.8.4.	Двухшнековый реактор ZDS-RE

Шнековые реакторы типа ZDS-RE характеризуются наличием
двух параллельно расположенных самоочищающихся шнеков,
вращающихся в одинаковом направлении. Машины этой серии были
разработаны параллельно с описанными выше шнековыми реакто-
рами ZDS-R и отличаются от последних только конструктивным
исполнением экструдера, разгрузка которого происходит в горизон-
тальном направлении при продавливании через фильеры (головки).
Реакторы серии ZDS-RE изготавливаются фирмой «Werner u. Pflei-
derer» (ФРГ) и используются для проведения химических реакцион-
ных процессов в вязких, вязкопластичных и упруговязких средах

Рис. 115. Двухшнековый реактор типа ZDS-RE 130/3000—120/750.

при эффективном рабочем времени от 10 до 15 мин и температурах
среды до 330 °C.

В реакционных агрегатах ZDS-RE могут быть выделены две ос-
новные составные части: технологический блок и узел разгрузки.
Материальный цилиндр шнек-машины собран из отдельных элемен-
тов (секций), скрепленных между собой болтовыми соединениями
и термостатированных независимо друг от друга (рис. 115). В соот-
ветствии с требованиями технологического процесса секции корпуса
реактора могут быть закрытыми (глухими) или иметь дегазационные
камеры. Корпус оснащен двойной рубашкой, рассчитанной на рабо-
чее давление теплоносителя 1,6-10* Па при 200 °C, либо соответ-
ственно 1 • 10® Па при 400 °C.

Оба взаимозацепляющихся шнека уплотнительного профиля
в противоположность реакторам ZDS-R с малым зазором охвачены
корпусом по всему контуру поперечного сечения. Диаметр шнеков
в зоне разгрузки (дозирования) уменьшен по сравнению с участком
шнека в основной технологической части. Вследствие уменьшения
объема межвитковых каналов материал может преодолевать противо-
давление, возникающее при течении в головках и формующих ка-
налах фильер.

Для технологических процессов, которые должны проводиться
под глубоким вакуумом или при абсолютном отсутствии кислорода,
отдельные секции материального цилиндра могут уплотняться (гер-
метизироваться) с помощью сварных швов. На участках прохода
шнековых валов в корпус со стороны зоны загрузки реактора преду-
смотрены уплотнительные резьбовые соединения в сочетании с охла-
ждаемыми резиновыми уплотнительными манжетами специальной
конструкции. В торцевых уплотнениях иногда дополнительно соз-
дают подпор азота. Эти технические мероприятия обеспечивают
нормальную эксплуатацию шнекового реактора ZDS-RE при ва-
кууме в материальном цилиндре 10 Па.

Шнековые валы сочленяются с основным понижающим редукто-
ром главного привода через специальную муфту. Привод обычно
оснащается электродвигателем постоянного тока с плавным (бессту-
пенчатым) регулированием частоты вращения. Двигатель соеди-
няется либо непосредственно с основным механическим редуктором,
либо для обеспечения очень низких частот вращения шнеков —
через еще один, промежуточный понижающий редуктор (передачу).
Все узлы главного привода и технологического блока смонтированы,
как показано на рис. 115, на сварной несущей раме.

Выпускаются шнековые реакторы ZDS-RE различных типораз-
меров с частотой вращения шнеков до 50 об/мин и отношениями
длины шнеков к их диаметру (относительной длиной) вплоть до 23 : 1.
Важнейшие технические характеристики различных моделей описы-
ваемых реакторов сведены в табл. 39.

Таблица 30

Типы и технические характеристики двухшнековых реакторов ZDS-RE

Тип (модель)	Наружный диаметр шнеков технологиче- ского блока, мм	Глубина нарезки шне- ков технологического блока, мм	Шаг нарезки шнека технологического блока, мм	Длина основной ра- бочей части шнека, мм	Полезный объем тех- нологического блока 1 при 65%-ном запол- нении, л	Диапазон частот вра- щения, об/мин	Мощность привода при максимальной ча- । стотс вращения, кВт
ZDS-RE 130/3000 с узлом разгруз- ки 120/270	128,5	19,25	25	3000	13	1-50	36
ZDS-RE 250/4000 с узлом разгруз- ки 230/1200	251	50,5	40	4000	85	5-50	125
ZDS-RE 280/6000 с узлом разгруз- ки 230/1500	279	79	50	6000	202	3,5-35	70
В настоящее время разработан и проходит испытания шнековый
реактор большой мощности ZDS-RE 420/6000—370/1500 с полезным
рабочим объемом ~420 л.

Типичными областями применения описанных реакторов являются
процессы окончательной конденсации полиамидов, полиэфиров или
подобных полиэфирам полимеров, а также производства силиконо-
вых масел и силиконовых каучуков [158].

Шнековый реактор типа ZDS-RE 280/6000—230/1500 обеспе-
чивает в процессе окончательной конденсации полиамида (найло-
на-6,6) производительность 750 кг/ч*.

ЛИТЕРАТУРА

1.	DIN 53468: Bestimmung der Schiittdichte von Formmassen. — 2. Lie-
bers D.: Dosierversuche in einer Zweischnecken-Dosiereinrichtung. Korrelations-
und Regressionsanalyse zur formelmafSigen Erfassung des Ausstofis und der Aus-
stofSschwankung als Funktion der physikalischen Kennwerte und der Geratebetri-
ebsdaten. Studien- und Diplomarbeit, angefertigt am Lehrstuhl und Institut fur
Kunststofftechnologie der Universitat Stuttgart (Prof. Dr. Ing. G. Schenkel)
1968/69. — 3. Mitteilung Nr. 608 der O. Soder und Cie AG. Niederlenz, Schweiz:
Apparate zur Losung auflergewohnlicher Dosierprobleme. — 4. Prospekt der
Brabender Technologic KG, Duisburg: Kontinuierliches Dosieren. — 5. Pro-
spekt Nr. 6811 der Howe Richardson Scale Company Clifton, NJ., USA: Master-
flo feeder. — 6. Prospekt der Novadel Ltd. London: Novadel feeders and blen-
ders. — 7. Bulletin 469 der Arcison Inc., Carlstadt NJ. USA: Volumetric dry
materials feeders. — 8. DBP 1150024 (Prioritat 1958). — 9. Prospekt der Bra-
bender Technologie KG, Duisburg: Vibra-Dosierschnecke. — 10. Druckschrift
von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Zweiwellige Dosierschnecken fur
Schiittguter.

11.	Hermann H.: Zweiwellige Dosierschnecken fur Schuttguter. Aufbereitung-
stechnik, 1967, S. 346—347. — 12. Hansen L.: Probleme und Problemlosungen
beim Abftillen von Fiillgut mit extremen Fliefieigenschaften. Verpackungs-Rund-
schau, 1967, S. 238—240. — 13. Betriebsanweisungen von Hofliger und Karg,
Waiblingen fiir die Schneckendosiermaschinen DOSiB, DOS3 und DOSe. —
14. Mitteilung von Hofliger und Karg, Waiblingen, vom 30.5.1968 an den Ver-
fasser.— 15. Mitteilung der Fr. Hesser AG, Stuttgart-Bad Cannstatt vom 24.6.58
an den Verfasser. — 16. Kraft H.: Mischer richtig eingesetzt. Druckschrift der
Draiswerke GmbH., Mannheim. — 17. Engels K.: Praktische Erfahrungen beim
Mischen feiner Staube. Staub-Reinhaltung der Luft. 1967, 2, 87—91 (1967). —
18. Anonym: Die Aufbereitungs- und Verfahrenstechnik auf der ACHEMA 1967.
Aufbereitungstechnik, S. 493 (1967). — 19. Prospekt der Nautamix n. v., Haar-
lem Holland: Nauta-Blitzmischer. — 20. Prospekt von J. S. Fries Sohn, Frank-
furt: Kegelschneckenmischer.

21.	Prospekt von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Simplex-Mis-
cher. — 22. Prospekt der Draiswerke GmbH., Mannheim: Spezial-Mischmaschinen
mit Gegenstrom-Doppelschnecken-Mischwerk der Typen S/KS/MK. — 23. Pro-
spekt Nr. 64 der K. Kranz GmbH., Bad Homburg: Kranz-Paddelmischer und
Mischtroge. — 24. D. В. P. 838443 (1949). — 25. Christel E.: Schneckenmischer

* В примечании к разделу 2.6 (см. стр. 44) было указано, что шнековые
реакторы выпускаются в Советском Союзе под маркой СН. Устройство, принцип
действия и применение отечественных реакторов-смесителей СН достаточно
подробно изложены в монографии [10], указанной в дополнительной литера-
туре. Шнековые реакционные аппараты СН могут с успехом использоваться
в различных областях химической технологии, для которых автором рекомендо-
ваны описанные в настоящей главе реакторы «Ко-Kneter», ZSK, ZDS-K,
ZDS-R п ZDS-RE. — Прим. ред.
fiir komige und pulverformige Stoffe. Chem. Ing.-Techn. S. 345—346 (1953). —
26. Christel E.: Einpudern eines Saizes im Differential — Schneckenmischer.
Chem. Ing.-Techn., S. 792—793 (1966). — 27. Prospekt von J. S. Fries Sohn,
Frankfurt: Trocken-Mischer. — 28. Prospekt der Draiswerke GmbH. Mannheim:
Turbulent-Schnellmischer, Baureihe T/HT. — 29. DAS 1213385. — 30. Prospekt
der Draiswerke GmbH. Mannheim: Drais-Gelimat.

31.	D. В. P. 1146852 (1960). — 32. Prospekt der Rheinstahl Henschel AG,
Kassel: Kontinuum Тур TK 250. — 33. Prospekt der G. A. Harvey & Co. Ltd.,
London: Harvey Intrablend, Continuous Powder Blender. — 34. Apel K.: Grund-
lagen der Pigmentdispergierung, in Handbuch des VD I-Lehrganges «Einfarben
von Kunststoffen», VDI-Bildungs werk Dusseldorf. — 35. Raasch J.’. Beanspru-
chung und Verhalten suspendierter Feststoffteilchen in Scherstromungen hoher
Zahigkeit. Dissertation. T. H. Karlsruhe 1961. — 36. Wallder V. T. u. a.: Weathe-
ring Studies on Poylethylene. Ind. Eng. Chem., S. 2320—2325 (1950). — 37. Her-
rmann H.: Mischungsverhaltnisse und Selbstreinigung in einwelligen und zweiwel-
ligen Schneckenmaschinen. Chem. Ing.-Techn., S. 25—29 (1966). — 38. DBP
914551 (1951). — 39. Vogt A.-. Der Plastifikator, eine neue Geliermaschine fiir
PVC. Kunststoffe, S. 151—153 (1954). — 40. Doriat M.: Der Plastifikator mit
Vorsatzschnecke. Kunststoffe, S. 489—490 (1959).

41.	Prospekt der Firma Werner & Pfleiderer; Plastifikator fiir die Herstellung
von Weich-PVC-Granulat. — 42. DBP 1142839. — 43. DBP 1142840. —
44. DBP 1142841. — 45. Frenkel M. R.: Continuous imposed order mixer-extruder
with complementary adjustability. British Plastics, S. 62—75, 98—115 (1956). —
46. Druckschrift der Fa. Vickers Ltd.: Vickers Transfermix Types В und C. —
47. Anonym: Large Scale Transfermix Rubber Lines. Rubber and Plastics Age,
S. 464 (1967). — 48. Druckschrift der Vickers Ltd.: Vickers Transfermix Types
R. 3,25/R 4,5/R 6,0. — 49. Druckschrift der Vickers Ltd.: Vickers Transfermix
Types R 8/R 10/R 12/R 15/R 21. — 50. Everett Perlberg S.: Operation and Appli-
cation of the Transfermix. Rubber World. S. 71—76 (1967).

51. Sterling Extruder Corp.: New extruder for one step, high-intensity mixing
and extrusion of plastics. Modern Plastics. S. 52—54 (1966). — 52. DBP 944727
(1949). (Prioritat in der Schweiz 1945). — 53. Franz P., Pratteln: Der Buss Ko-
Kneter. Interne Veroffentlichung der Buss AG. Pratteln, 1968, 126 Seiten. —
54. List H.: Der Ko-Kneter in der Plastik-Industrie. Schweizer Maschinenmarkt.
45, 54—61 (1960). — 55. List H.: Die Anwendung der einspindeligen pulsierenden
Schneckenmaschinen, in Mitteilungen der verfahrenstechnischen Versuchsgruppe
der BASF, Band 1, Neudruck 1965. — 56. Schneider E. u. a. The manufacture
of Phenolic Moulding Materials by Extrusion-Compounding. British Plastics,
S. 480—482 (1957). — 57. Timm Th., Stoltzenberg D., Fettback H.: Herstel-
lung von Phenolharz-Preflmassen untor besonderer Beriicksichtigung des konti-
nuierlichen Mischverfahrens mit dem Ko-Kneter. Kautschuk u. Gummi, S. 206—
212 (1965). — 58. DAS 1177808 (1960). — 59. Bossert K.: Der Planetwalzen-
Extruder und seine Verfahrenstechnik. Kunststoffe, S. 90—92 (1968). —
€0. USP 2615199 (1945).

61. Katalog Nr. 701 der Fa. Welding Engineers Inc, King of Prussia, PA. —
62. ' hutz, Frank C.: Dual Screw Extruders, SPE-Journal. S. 1147—1154 (1962). —
63. DBP 879164 (1951). — 64. DBP 935634 (1953). — 65. Prospekt der Krauss
Maffei AG, Munchen: DSM 260. — 66. Prospekt der Krauss Maffei AG, Miinchen:
Kontinuierlicher Doppelschnecken — Mischer. — 67. Proksch W.: Der konti-
nuierliche Doppelschneckenmischer DSM 11/150. Kunststoffe u. Gummi, S. 426—
430 (1964). — 68. Hegener K.t Diskontinuierliche und kontinuierliche Aufbe-
reitung von PVC fiir die Kalanderbeschickung. Kunststoffe u. Gummi, S. 271—
277 (1965). — 69. Romanowski A.: Mischen und Plastifizieren von thermoplasti-
schen Kunststoffen in diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren. Kunst-
stoff-Rundschau, S. 274—280 (1961). — 70. Bulletin 227 A der Farrel Corp.,
Ansonia, Conn. USA.

71. Prospekt von Pomini-Farrel, Castellanza, Italien: FCM Continuous Mi-
xers. — 72. US Patent 3154808. — 73. US Patent 3237241. — 74. US Patent
186
3239878. — 75. DAS 1288294. — 76. Anonym: The Farrel Bridge Continuous
Mixer. Rubber and Plastics Age, S. 1465 (1964b — 77. Anonym: The Farrel Bridge
Continuous Mixer. Plastics, S. 73—74 (1965). — 78. Del Gatto J.: Farrel Corp.:
Innovation in Mixing. Rubber World, S. 82—85 (1965). — 79. David Bridge u. Co.
Ltd.: Batch and Continuous Mixing System. Plastics, S. 1230—1232 (1967). —
80. Bulletin 227 В der Farrel Company, Division of LTSM Corporation, Ansonia,
Con. USA.

81. DBP 862668 (1944). — 82. DBP 813154 (1949). — 83. DBP 940109
(1953). — 84. DBP 949162 (1950). — 85. Erdmenger R.: Mehrwellenschnecken
in der Verfahrenstechnik. Chem. Ing.-Tech. S. 175 bis 185 (1964). — 86. Druck-
schrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Zweiwellige Knetscheiben-
Schneckenpresse Type ZSK 53/L. — 87. Druckschrift von Werner & Pfleiderer,
Stuttgart-Feuerbach: ZSK variabel. — 88. Druckschrift von Werner & Pfleiderer,
Stuttgart-Feuerbach: Werner & Pfleiderer-Maschinen fiir die Verfahrenstech-
nik. H. 1. — 89. 7?ieP K. u. Erdmenger R.: Der heutige Stand derTecnhik kon-
tinuierlicher Prep- und Knetverfahren in der chemischen und in verwandten Indu-
strien. VDI-Zeitschrift, S. 633—638. (1951). — 90. 7?ieP K.: Probleme konti-
nuerlicher Verfahren in der Verbrauchsgiiterindustrie. Chem. Ing.-Techn., S. 457—
464 (1955).

91. Erdmenger R.: Stoffzerkleinernde Mischprozesse. Chem. Ind., S. 513—
518 (1953). — 92. Erdmenger R.: Fortschritte der Verfahrenstechnik Band 1954/53.
Weinheim: Verlag Chemie, S. 308—309. — 93. Erdmenger R.: Fortschritte der
Verfahrenstechnik Band 1954/55. Weinheim: Verlag Chemie, S. 512. — 94. Frit-
sch R., Fahr G.: Erhohung der Wirtschaftlichkeit in der Kunststoff-Verarbei-
tung durch Zusammenfassen von Arbeitsgangen. Kunststoffe, S. 543—446 (1959). —
95. Fahr G.: Entwicklung und Anwendung zweiwelliger Schnecken-Maschinen mit
Misch- und Knetzonen, in Mitteilungen der Verfahrenstechnischen Versuchsgruppe
der BASF, Band 1, Neudruck 1965. — 96. Erdmenger R.: Zur Entwicklung von
Schneckenverdampfern. Chem. Ing.-Techn., S. 751 bis 754. — 97. Herrmann H.:
Die zweiwellige Knetscheiben — Schneckenpresse ZSK 160. Kunststoff u. Gummi,
S. 217—223 (1964). — 98. Herrmann H.t Das Aufbereiten von Kunststoffen in
Schneckenmaschinen. Kunststoffe, S. 845—849 (1965). — 99. Maier P.: Konti-
nuierlich arbeitende Knetmaschinen zur Herstellung von Schokolade-Massen.
Fette—Seifen—Anstrichmittel—Die Ernahrungsindustrie, S. 686—690 (1959). —
100. Herrmann H.: Continuous Production of Phenolic Moulding Materials,
Plastics, S. 1225—1227 (1967).

101. Hess К. M.: Kontinuierliche Herstellung von Phenolharzpreflmassen.
VDI-Nachrichten Nr. 24 (1970) Beilage «Technik im Bild», S. 3. — 102. Drucks-
chrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuierliche Aufberei-
tung von Polystyrol. Verfahrenstechnische Berichte der KS-Information, H. 1
(1968). — 103. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach:
Die Aufbereitung von ABS-Polymeren. Verfahrenstechnische Berichte der KS-
Information, H. 2 (1969). — 104. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stut-
tgart-Feuerbach: Die kontinuerliche Aufbereitung von Polyamiden. Verfahrens-
technische Berichte der KS-Information. H. 3 (1970). — 105. Druckschrift von
Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuierliche Herstellung von
Lederdeckfarben. Kurzmitteilung Nr. 1 der KS-Information (1968). — 106. Druck-
schrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuerliche Herstel-
lung von Polymer-Losungen. Kurzmitteilung 2 der KS-Information (1968). —
107. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die Extrusion
von hochmolekularem Polyathylen. Kurzmitteilung 3 der KS-Information (1968). —
108. Druckschrift von W’erner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die Herstellung
von Drogen-Granulaten fiir pharmazeutische Dragees. Kurzmitteilung 4 der KS-
Information (1968). — 109. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-
Feuerbach: Anlage zur kontinuerlichen Herstellung von schlagfestem Polystyrol.
Kurzmitteilung 5 der KS-Information (1968). — 110. Druckschrift von Wer-
ner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuierliche Herstellung von Poly-
mer-Legierungen durch Block-Pfropf-Polymerisatiou. Kurzmitteilung 6 der
KS-Information (1968).
111. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die konti-
nuierliche Herstellung von Polymer-Legierungen durch Mischen verschiedener
Polymere. Kurzmitteilung 7 der KS-Information (1968). — 112. Druckschrift
von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuerliche Herstellung
von glasfaserverstarkten Thermoplasten. Kurzmitteilung 8 der KS-Information:
(1969). — 113. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach
Die Zerstorung von Fischaugen in thermoplastischen Kunststoffen auf ZSK-Ma-
schinen. Kurzmitteilung 9 der KS-Information (1969). — 114. Druckschrift von
Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuierliche Aufbereitung von
Celluloseacetat. Kurzmitteilung 10 der KS-Information (1969). — 115. Drucks-
chrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die Entfernung grofer Men-
gen fliichtiger Bestandteile aus Losungen von thermoplastischen Kunststoffen.
Kurzmitteilung 11 der KS-Information (1969). — 116. Druckschrift von Werner &
Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuerliche Herstellung von Phenol-
harzpre[}massen. Kurzmitteilung 12 der KS-Information (1969). — 117. Drucks-
chrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Die kontinuerliche Herstel-
lung von Beschichtungspulvern. Kurzmitteilung 13 der KS-Information (1970). —
118. US Patent 3164563 (1961). — 119. Br. Patent 988563 (1963). — 120.
US Patent 3304282 (1964).

121. Druckschrift von Werner & Pfleiderer, Stuttgart Feuerbach: Zweiwel-
lige Knetscheiben-Schneckenpresse Typ ZZK, zweiseitig beschickt. — 122. Druck-
schriften von Westfalia Dinnendahl Groppel AG, Bochum. — 123. Evers W.:
Die Schneckenpresse (Expeller) als mechanische Trenneinrichtung fest-fliissig
in der chemischen Industrie. Techn. Mitteilungen Krupp, S. 39—43 (1961). —
124. Bulletin P-22-D der The Bauer Bros. Co., Springfield, Ohio: The Bauer
Pressafiner. — 125. Druckschrift der Fried. Krupp Harburger Eisen- und Bronze-
werke, Hamburg-Harburg: Selbsttatige Schneckenpressen. — 126. Prospekt der
Fried. Krupp Harburger Eisen- und Bronzewerke, Hamburg-Harburg: Schnecken-
pressen fur Trennungen fest-fliissig. — 127. DBP 1255084 (1962). — 128. Evers W.'.
Die Herstellung fester aromatischer und aliphatischer Kohlenwasserstoffe unter
Verwendung von Pressen. Techn. Mitteilungen drupp, S. 255—261 (1962). —
129. Dunning J. W., Baer S.t Dewatering and drying synthetic rubber. Chern.
Eng. Progr. Nr. 5, 53—54 (1961). — 130. Anonym: The Expeller-Expander-Dryer
Rubber Process. Rubber and Plastics Age, S. 980—981 (1962).

131. Anonym: Extrusion Dryer for Synthetic Rubber. Rubber and Plastics
Age, S. 1227 bis 1228 (1961). — 132. Katalog 102 der Western Precipitation Divi-
sion/Joy Manufacturing Company, Los Angeles: Holoflite Processor. — 133. Pro-
spekt von Wernes & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Zweischnecken-Durchliif-
tungstrockner SDT. — 134. Skidmore R. H.: Bestimmungsgropen fiir die Kons-
truktion und den Betrieb von Entgasungs Doppelschneckenpressen. In Mitteilun-
gen der verfahrenstechnischen Versuchsgruppe der BASF, Band 1, Neudruck
1965. — 135. Kuchincki F. L., Muraski F. T.: Pilot-Plant Preparation of Stero-
specific Rubbers. Chem. Eng. Progr., Nr. 8, 62—66 (1961). — 136. Street L. F.:
Extrusion Drying of Rubber. Rubber and Plastics Age, S. 1519 (1960). — 137. DBP
915689 (1951). — 138. Zitzmann B.: Extrusionstrockung. Chem. Ing.-Techn.
S. 41—44 (1970). — 139. Hild W., u. Mitarbeiter: The homogeneous Incorpora-
tion of Eurochemic medium level Waste and high enriched waste concentrate
into bitumen. Bericht der Eurochemie, Belgien, September 1970. — 140. Fer-
nandez N.: Enrobage bitumineux des boues de traitement des effluents radioactifs.
Energie nucleaire, S. 357—365 (1969).

141. DPB 1111154 (1960). — 142. Druckschrift R. 2340/67 von Werner und
Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Vierwellen-Dichtschnecken-Verdampfer Typ
VDS-V. — 143. Herrmann H.: Entwicklungstendenzen bei Aufbereitungsmaschi-
nen fiir die Kunstoffindustrie. Chem. Ind. S. 603—606 (1962). — 144. Erdmen-
ger R., Ullrich M.-. Untersuchungen an einem Schneckenverdampfer. Chem. Ing.-
Techn., S. 1—5 (1970). — 145. DBP 699502 (1953). — 146. Prospekt der Lurgi-
Gesellschaft fiir Warmetechnik mbH. Frankfurt: Holoflite-Warmeaustauscher. —
147. Katalog 102 der Western Precipitation Division/!oy Manufacturing Company
Los Angeles: Holoflite Processor. — 148. Prospekt der Lurgi-Gesellschaft fiir
Warmetechnik mbH. Frankfurt: Self-cleaning Screw Heat Exchanger. — 149. Bul-
188
letin Nr. T-68 der Western Precipitation Division/!oy Manufacturing Company
in Los Angeles. — 150. Baer S., Dunning J. IP., Laurich-Trost VMechanical
Dewatering and Drying of natural and synthetic Rubber. Manuskript eines Vortra-
ges auf dem «Symposium of Rubber Processing of the American Chemical Society»
in Los Angeles, 1963.

151. List H.: Reaktionen in zahplastischer Phase. Chem. Ing.-Techn. S.295 —
298 (1965). — 152. Tiling G.: Polymerlegierungen,' 1. Mitteilung: Legierungen
aus Polyamiden und Polyathylen. Kunststoff u. Gummi. S. 275—281 (1968). —
153. Tiling G.t Polymerlegierungen, 2. Mitteilung: Legierungen aus Styropoly-
merisation und anderen hochpolymeren Stoffen. Kunststoff u. Gummi, S. 92—96
(1969). — 154. Tiling G.: Herstellung von Faden, Bandern, Folien und Profilen
aus Polyamiden dutch eine alkalische Schnellpolymerisation von Lactamen im
Extruder. Kunststoff u. Gummi. S. 351—356 (1968). — 155. US Patent 3371055
(Prioritat 1963). — 156. Schweizer Patent 475395 (1965). — 157. Druckschrift
von Werner & Pfleiderer, Stuttgart-Feuerbach: Zweiwellige Reaktionsschnecken-
maschine Type ZDS-R 500/3000. — 158. Druckschrift von Werner & Pfleiderer,
Stuttgart-Feuerbach: Zweiwellige Schneckenmaschine fiir Reaktionen ZDS-RE.
Дополнение

ГИБКИЕ ШНЕКИ
(СПИРАЛЬНЫЕ КОНВЕЙЕРЫ)

С. Н. Михайлов, К. Д. Вачагин, М. Л. Фридман

В настоящее время наибольшее распространение получили шнековые
транспортеры и дозаторы с жестким рабочим органом. Эти машины, достаточно
подробно описанные в разделе 3.1, являются наиболее дешевым транспортным
средством. Если ранее такие шнеки применялись для перемещения материалов

в основном по горизонтальному и пологонаклонному направлениям с частотой

вращения рабочего органа до 120—150 об/мин, то сейчас, в условиях комплекс-

Рпс. 1. Загрузка экструдера порошко-
образным или мелкозернистым материа-
лом с помощью гибкого шнека:

1 — экструдер; 2 — гибкий шнек; 3 — за-
грузочный бункер; 4 — привод шнека.

нои механизации и автоматизации
производства, все более широкое рас-
пространение получают так назы-
ваемые крутонаклонные и верти-
кальные жесткие шнеки с частотой
вращения 500—600 об/мин. Однако
при любых режимах работы трасса
транспортировки, как правило,
остается прямолинейной независимо
от того, будет ли она горизонталь-
ной, наклонной или вертикальной.

Известны, правда, шнековые
устройства [1] с сочленением от-
дельных секций, обеспечивающие
некоторую пространственную под-
вижность; конструкция при этом
значительно усложняется необходи-
мостью установки многочисленных
шарниров или гибких муфт, кото-
рые являются препятствием на пути
перемещения материала. Этот же
недостаток присущ и обычным,

жестким шнекам большой длины,
так как через каждые 2,5—3 м необходимо предусматривать опорные под-

шипники транспортирующего органа.

Организация сложных плоских или пространственных трасс достигается
применением в качестве рабочего органа вращающейся цилиндрической винто-
вой спирали (пружины), помещенной в гибкий кожух. Эта разновидность вин-
товых конвейеров, так называемый спирально-винтовой транспортер (гибкий
шнек), находит в последнее время все боль шее применение в СССР и за рубежом.

Гибкий шнек достаточно эффективно перемещает сыпучие (порошкообраз-
ные и мелкозернистые) и вязкие материалы, широко используемые в химиче-
ской технологии и сельскохозяйственном производстве (загрузка сырья в реак-
ционные аппараты, экструдеры, литьевые машины, раздача комбикорма на фер-
мах, погрузка ядохимикатов в самолеты и перемещение их к месту выброса,
разгрузка железнодорожных вагонов, подача «растворов» к месту кладки кир-
пича и т. д.). На рис. 1 — 3 приведено несколько возможных схем применения
гибких шнеков.

Спирально-винтовым транспортером можно перемещать материалы, не
допускающие контакта с маслом, а также относительно просто обеспечивать
надежную герметизацию системы. Кроме того, к преимуществам гибкого шнека
по сравнению с другими видами транспорта можно отнести следующее: 1) про-
стоту конструкции, что позволяет изготавливать этот вид конвейера в любой
мастерской, и легкую замену деталей шнека (спирали, рукава) в случае быстрого
их износа при транспортировке абразивного материала; 2) незначительную
металлоемкость; 3) отсутствие сложных передаточных механизмов вследствие
высокой частоты вращения транспортирующей спирали; 4) практическое исклю-
чение изменений гранулометрического состава перемещаемого сыпучего мате-
риала при однократной транспортировке.

Гибкие шнеки обладают, однако, рядом особенностей, ограничивающих
их применение. К таким особенностям относятся: 1) возможность транспорти-
ровки только сыпучих порошкообразных, мелкозернистых материалов и вяз-
ких жидкостей (сыпучие материалы с фракцией 5—10 мм транспортировать
нецелесообразно); 2) относительно невысокая производительность (практи-
чески 15 м3/ч); 3) ограниченная прочность транспортирующей спирали,
а также сравнительно небольшая длина системы, равная при горизонтальной

Рпс. 3. Засыпка сыпучего материа-
ла:

1 — вагон; 2 — гибкий шнек; з — храни-
лище.

Рпс. 2. Подача сырья в химический
аппарат с помощью гибкого транс-
портера:

1 — аппарат; г — гибкий шнек; з — за-
грузочный бункер.

н пологонаклонной трассах 12—15 м, при крутонаклонной и вертикальной —
4—5 м [2, 3]; 4) нецелесообразность перемещения материалов, склонных к на-
липанию (гипс, мел), и чувствительность к интенсивному трению.

Несмотря на указанные ограничения в применении гибких шнеков, их не-
сомненные достоинства делают устройства с гибким рабочим органом уникаль-
ным видом транспорта.

Транспортирующая спираль гибкого шнека изготавливается из стальной
углеродистой холоднотянутой проволоки (1, 2, 2а и 3 класса прочности по
ГОСТ 9379—60) или, при повышенной коррозионной активности среды, из
бронзовой пружинной проволоки. В отдельных случаях при транспортировке
трудноперемещаемых материалов рабочий орган может быть изготовлен токар-
ной обработкой цельнотянутой трубы.

В качестве гибких кожухов используются резинокордовые рукава, металло-
рукава с покрытием внутренней рабочей поверхности износостойкой резиной
или пластиком и рукава (трубы), изготовленные из различных пластмасс. Во
избежание заклинивания вращающейся спирали кожух при изгибании не дол-
жен искажать свое поперечное сечение, которое «в свету» при любой трассе
обязано оставаться круглым. Резинокордовые рукава больших диаметров для
этой цели изготавливаются с междуслойным армированием.

Диаметр кожуха шнека, исходя из его гибкости (без потери так называемой
Маневренности в процессе работы конвейера), целесообразно ограничивать вели-
чиной Dp = 0,1 м [2, 3].
КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

РАЗВИТИЯ ГИБКИХ ШНЕКОВ

Идея транспортирования материала вращающейся цилиндрической винто-
вой спиралью, помещенной в гибкий кожух, возникла сравнительно давно
и принадлежит X. Плюсту и Ф. Аренсу, которые в 1926—1928 гг. запатенто-
вали [4] в Германии новый вид конвейера для перемещения цементных и бетон-
ных смесей.

Дальнейшее развитие гибких шнеков шло прежде всего по пути расширения
областей их применения и конструктивных усовершенствований, связанных
с прочностными и эксплуатационными характеристиками. Так. в отечественвых
и зарубежных изобретениях было предложено использовать гибкие шнеки для
процессов подачи сыпучих порошкообразных, зернпстых, пылевидных, жидких
материалов и пластических смесей [5—12].

Конструктивные усовершенствования устройств с гибким рабочим органом
связаны прежде всего с изменением приводного и загрузочного устройств [13,
14]; с применением в качестве кожуха полуоткрытого желоба [7] при работе
гибких шнеков для полной очистки силосных башен и зернохранилищ; с исполь-
зованием центрального гибкого органа, в качестве которого применяются гиб-
кий вал или трос [5, 12, 15—19], в целях увеличения прочности рабочего органа;
с изготовлением спирали из стальной ленты [12, 19].

За последние 10—15 лет все шире применяется винтовой транспортер с двумя
п даже тремя вращающимися цилиндрическими спиралями, вставленными одна
в другую и помещенными в общий гибкий кожух [17, 19, 20]. В этом случае
транспортирующие спирали изготавливаются со взаимно противоположными
направлениями подъема витков (спирали правой и левой навивок) и, следова-
тельно, вращаются в противоположных направлениях.

Исследования работы двухспиральных шнеков [19, 21—23] показали,
что по сравнению с односпиральными шнеками того же диаметра обеспечивается
значительное увеличение производительности, достигающее при оптимальном
соотношении угловых скоростей наружной п внутренней спиралей 30—40%,
а потребляемая мощность, отнесенная к однойспирали, несколько уменьшается.

И, наконец, последнее направление применения гибких шнеков — это
«шнек-смесптель» [24]. Применение гибкого шнека в качестве смесителя позво-
ляет совмещать операции транспортирования материалов (сыпучих и вязких)
с одновременным их перемешиванием, что сокращает общий производственный
цикл.

ОДНОСПИРАЛЬНЫЙ ГИБКИЙ ШНЕК

Основные закономерности работы

Несмотря на преимущества гибких шнеков по сравнению с жесткими»
широкое их применение сдерживалось до недавнего времени отсутствием в на-
учно-технической литературе экспериментально-теоретических основ работы
и конструкторских рекомендаций, необходимых при проектировании.

Первые отечественные работы по экспериментальному исследованию гиб-
ких шнеков были проведены в 1952 г. (транспортирование цемента). В 1961 г.
были опубликованы данные по использованию гибкого шнека в качестве кормо-
раздатчика на механизированных птицеводческих фермах [24].

Комплексное исследование односпирального гибкого шиека было начато
в 1956 г. в Казанском химико-технологическом институте им. С. М. Ки-
рова [25] под руководством А. М. Григорьева и в дальнейшем продолжено
П. А. Преображенским. Несколько позже появились сообщения других иссле-
дователей [26—34].

Экспериментальные исследования велись по пути установления оптималь-
ных условий работы и конструктивных параметров шнеков, определения формы
заборного участка (зоны загрузки) н числа заборных витков спирали, вида
трассы, длины конвейера и других параметров в зависимости от направления
движения и высоты подъема материала, радиуса изгиба рукава и т. д. [35—44].
Было установлено [2, 45—48], что в зависимости от направления транспор-
тирования возможная длина пшена довольно значительно изменяется. Так,
при транспортировке материала по схеме «от привода» (рис. 4), когда спираль
работает на скручивание и сжатие, длина конвейера, исходя из прочности рабо-
чего органа, может достигать L = 12 ч- 15 м. При этом во избежание заку-
порки устройства конец спирали в процессе перемещения материала должен
выходить за край рукава на 1—2 витка. Важно, что возможные перегрузки
транспортера не оказывают существенного влияния на спираль, работающую
«от привода».

Когда материальный поток направлен по схеме «к приводу» (рис. 5), спи-
раль работает на раскручпванпе и под нагрузкой несколько увеличивается
в диаметре.В этом случае гпбкпй шнек во избежание самозаклпипванпя спирали

Рпс. 4. Транспортирование материала гибким шнеком по схеме
«от привода»:

1 — электродвигатель; 2 — соединительная муфта; з — разгрузочный бун-
кер; 4 — металлический патрубок; S — транспортирующая пружина; 6' —
гибкий рукав; 7 — станина.

в кожухе следует делать по возможности коротким (^ 4—5 м) с числом забор-
ных витков 4—5. Следовательно, более предпочтительным является первый
способ работы.

С целью увеличения общей длины трассы иногда прибегают к совмещению
указанных вариантов конвейера по одной из приведенных ниже схем (рпс. 6—8).
Длина пути транспортирования может быть увеличена при этом до 20 м. Схема
перемещения материала должна выбираться в зависимости от конкретно задан-
ных рабочих условий.

Наибольшей «технологической мобильностью» обладает, по-впдимому,
схема, показанная на рис. 8. Возможные варианты исполнения приводной
головки шнека в данном случае представлены на рис. 9 и 10 [2, 14], а конструк-
тивное оформление заборного участка шнека и некоторых узлов спирально-
винтового транспортера — на рис. 11—15.

Проведенные исследования [3] транспортирующей способности односпи-
рального гибкого шнека показали, что его производительность в значительной
мере зависит от условий питания конвейера н угла наклона заборного участка
к горизонту. Увеличение длины заборного участка повышает производительность
шнека, достигая максимума при определенной величине l/s (отношение длины
заборного участка к шагу спирали), в дальнейшем остается постоянной (рис. 16).
В зависимости от транспортирующей способности спирали и параметров работы
устройства оптимальное значение l/s меняется, но в среднем остается в преде-
лах от 2,5 до 4. Это объясняется тем, что при небольшой длине заборного участка
Транспортирующая способность спирали больше, чем пропускная способность
загрузочного окна шнека. С увеличением длины заборного участка пропускная
способность загрузочного окна возрастает (при поступлении сыпучего мате-
риала под действием силы тяжести), и при равенстве подачп спирали и про-
пускной способности загрузочного окна производительность гибкого шнека
достигает своего предела. Отношение l's, при котором производительность «на-
сыщается», следует считать оптимальным. Дальнейшее увеличение l/s не

13 Заказ 343	193-
Рис. 5. Транспортирование материала гибким шнеком по схеме
«к приводу»:

1 — электродвигатель; 2 — соединительная муфта; 3 — металлический патру-
бок; 4 — транспортирующая пружина; 5 — гибкий рукав; в — разгрузочная
воронка; 7 — станина.

Рис. 6. Установка гибкого шнека с перегрузкой и контрприводным валом:
1 — загрузочная спираль; г — загрузочная рукав; 3, 8 — жесткие патрубки; 4 — электро-
двигатель; 5, 10 — клиноременные передачи; в — разгрузочная пружина; 7 — разгрузочный
рукав; 9 — промежуточная емкость.

Рис. 7. Установка гибкого шнека с перегрузкой материала и раздельным при-
водом транспортирующих спиралей:

1 — заборная спираль; 2 — заборный рукав; 3,9 — жесткие патрубки; 4 — разгрузоч-
ный участок; 5, 11 — соединительные муфты; в, 1г — электродвигатели; 7 — разгрузочная
пружина; з — разгрузочный рукав; 10 — загрузочная зоне.
Рис. 8. Установка гибкого шнека без перегрузки материала:

1 — заборный участок спирали; 2 — заборный рукав; 3,5 — жесткие патрубки; 4 — шнеке
6 — разгрузочный рукав; 7 — разгрузочная часть пружины; 3 — электродвигатель; 9 —
клиноременная передача; 10 — станина.

Рпс. 9. Конструктивные схемы приводных головок спиральных шнеков при
транспортировании материала через полый вал электродвигателя (а) и червяч-
ного колеса (б):

I — электродвигатель; г — кожух шнека; 3 — рабочая спираль; 4 — червяк; 5 — червяч-
ное колесо.

Рис. 10. Приводная головка шнека:

1 — транспортирующий участок; 2 — приводная головка; 3 — заборный участок гибкого
кожуха; 4 — заборный участок транспортирующей спирали; 5 — электродвигатель; в —
клиноременная передача; 7 — рама.
6

a

Рис. 11. Ограждающие наконечники:

а — решетчатый; б — спиральный;

J — ограждающая решетка; 2 — рабочая спираль; з — кожух; 4 — ограждающая спираль.

Рис. 12, Заборный
участок гибкого
кожуха:

1 — участок загруз-
ки; г — рабочая спи-
раль; 3 — гибкий
кожух; 4 — руко-
ятки.

Рпс. 13. Конструк-
ция узла крепле-
ния гибкого ру-
кава к бункеру:
1 — бункер; 2 — на-
конечник; з — кре-
пежная Гайка; 4 —
уплотнительный ста-
кан; 5 — гибкий ко-
жух; в—рабочая
спираль.
Рпс. 14. Узел крепления пружины:
j — приводной вал; 2 — муфта; 3 — нако-
нечник шнека; 4 — уплотнительные кольца;

5 — корпус шнека; 6 — рабочая спираль.

Рис. 15. Узел крепления пружины и уплотнение бункера;

1 — рабочая спираль; 2 — наконечник шнека; 3 — прижимная планка;

4 — полумуфты; S — приводной вал.

Рпс. 16. Зависимость объемной производительности шнека от
длины заборного участка при различных частотах вращения
и конструктивных параметрах спирали:

<1 — Всп = 0,025 м, 3 = 0,039 м, б = 0,005 м; б — Осп = 0,025 м,
з = 0,032 м, в = 0,005 м;

значения п (в об/мин): 1 — 1480; 2 — 1000; 3 — 690; 4 — 460.
приводит к желаемому результату. «Полное питание» и максимальная произво-
дительность односппрального гибкого шнека гарантируется лишь при длине
заборного участка, которая в 4—6 раз больше шага сппралп.

Однако следует указать на то. что достижение максимальной производи-
тельности приводит к значительному повышению удельных энергозатрат, осо-
бенно для шнеков с диаметром рукава Dp )> 60 мм. Поэтому для уменьшения
коэффициента сопротивления перемещению материала (И') в сочетании с повы-
шенными скоростями транспортирующей сппралп для шнеков с Dp > 60 мм
следует ограничивать питание [33], что приводит к более интенсивному аэри-
рованию материала в шнеке и снижению энергозатрат. Правда, это неизбежно
приводит к возрастанию износа рукава и сппралп, особенно прп транспортировке
абразивных материалов.

Рпс. 17. Зависимость производительности шнека от угла
наклона заборного участка к горизонту прп различных ско-
ростях вращения и конструктивных параметрах сппралп:
а — Dcn = 0,034 м, s = 0,023 м, 6 = 0,005 м; б — Осп = 0,034 м,
s = 0,019 м, 6 = 0,005 м;

значения п (в об/мин): 1 — 1470; 2 — 1000; 3 — 700; 4 — 460.

Существенным является также выбор угла наклона заборного участка
шнека к горизонту. Производительность гибкого шнека с увеличением угла
наклона заборного участка к горизонту уменьшается (рис. 17) при любых рабо-
чих и конструктивных параметрах конвейера [3]. Объясняется это тем, что
сыпучий материал под действием силы тяжести поступает в наклонное отверстие
(в кожухе шнека) с тем меньшей скоростью, чем больше угол наклона отверстия
к горизонту. Вследствие этого уменьшается поступление материала в конвейер,
что приводит к снижению коэффициента заполнения шнека, а следовательно,
и производительности. При этом общие закономерности изменения транспорти-
рующей способности шнека в зависимости от его рабочих и конструктивных
параметров остаются, в принципе, теми же, что и прп горизонтальном заборном
участке.

Картина резко меняется при горизонтальном расположении заборного
участка шнека крутонаклонной трассы [42]. В этом случае производительность
даже вертикального шнека возрастает и практически достигает производитель-
ности такого же горизонтального шнека. Следовательно, транспортирующая
Способность вертикальных и крутонаклонных шнеков лимитируется произво-
дительностью их горизонтальных подпорных участков. При проектировании
крутонаклонных и вертикальных гибких шнеков открытые витки заборной зоны
необходимо сочетать с последующим подпорным горизонтальным участком,
чтобы их производительность была по возможности доведена до производитель-
ности такого же горизонтального шнека. Длина подпорного участка должна
составлять не менее 10—15 рабочих диаметров кожуха.
Для работы гибких шнеков очень важен п другой конструктивный пара-
метр — радиус изгиба конвейера, от которого зависит износ рукава и сппралп,
усталостная прочность рабочего органа и потребляемая мощность. Энерго-
затраты на преодоление трения сппралп о кожух в месте пзгпба последнего
играют существенную роль, влияя на эффективность работы транспортера
в целом. С этой точки зрения радиус изгиба трассы рекомендуется принимать
по возможности большим. Минимальный радиус пзгпба шнека Ямин по некото-
рым данным [2] составляет (20 4- 25) Dp.

ю 11

Рис. 18. Конструкции заборного участка гибкого шнека при транспорти-
ровании из бункера:

а — основное исполнение; б — вариант исполнения с регулируемым разрывом L3;

1 — приводной вал; 2 — конический крепежный винт; 3 — наконечник спирали; 4 — транс-
портирующая винтовая цилиндрическая спираль; 5 — бункер; 6 — заборная стальная
труба; 7 — хомут; 8 — гибкий кожух; 9 — дополнительные наклонные щеки; 10 — кре-
пежный винт; 11 — наконечник приводного вала.

АА

Кроме величины пропускной способности загрузочного окна, числа забор-
ных витков спирали и угла наклона загрузочного участка к горизонту транспор-
тирующая способность гибкого шнека зависит от формы (вида) узла загрузки.
Установлено [3], что производительность шнека максимальна при «половинча-
том вырезе» (заборное окно составляет половину периметра кожуха), умень-
шается для «четвертичного выреза» (участок загрузки открыт на четверть пери-
метра кожуха) и становится минимальной для «полного выреза» (открытая
Спираль погружена в материал). Это, по-впдимому, связано с тем, что центро-
бежные силы, действующие на материал в зоне загрузки, в случае открытой
Сппралп препятствуют его поступлению по всему периметру кожуха. Наличие
кожуха (прп «половинчатом вырезе») способствует удержанию материала в зоне
загрузки, что приводит к естественному увеличению производительности.
Прп «четвертичном вырезе» питание шнека искусственно ограничивается прп
тех же действующих силах. Однако производительность в этом случае несколько
выше, чем для открытой спирали, поскольку исключается отбрасывание мате-
риала, попавшего в заборное окно кожуха. Таким образом, прп конструирова-
нии заборного окна шнека его следует делать близким к «половинчатому вырезу»
с тем, чтобы обеспечивалось максимальное питание шнека и исключалось выжи-
мание спирали из загрузочного отверстия под действием силы сжатия пружины.
Другими словами, ширина окна Ъ должна быть равной 0,8 ДСп (рпс. 18).
Практика показывает, что наибольший износ спирали происходит в месте
ее контакта с металлической заборной трубой (поз. 4 и 6 на рнс. 18) [34]. Для
уменьшения износа рабочие поверхности этих участков необходимо гуммиро-
вать пли покрывать износостойким пластиком. В металлической трубе заведомо

Рис. 19. Соединение концов поло-
манной спирали электросваркой:

1 — участки спирали; 2 — сварной шов.

большего диаметра можно также на-
дежно закрепить участок рукава. До-
полнительные наклонные плоскости
(поз. 9 на рис. 18), способствующие
улучшению подачи некоторых сыпучих
материалов на вращающуюся спираль,
позволяют полностью опорожнить бун-
кер, сведя к минимуму его очистку.
При этом угол наклона 0 плоскостей
должен превышать угол трения сыпу-
чего материала по их поверхности.

В период пуска шнека в работу, осо-
бенно при сложных и длинных трассах,
а также при малом шаге спирали воз-
можны некоторые перегрузки рабочего
органа из-за сопротивления материала
вращающейся пружине и ее трения
о кожух. Полуторакратные перегрузки
могут длиться 10—15 с. Во избежание
этого в конце работы необходимо по
возможности тщательно очищать шнек

от остатков транспортируемых материалов, оставляя его на короткое время
(1—2 мин) включенным при закрытом питающем затворе. Однако даже это меро-
приятие не позволяет полностью освободить вертикальные и крутонаклонные
участки. В случае поломки спирали последнюю можно отремонтировать элек-
тросваркой по внутреннему диаметру (рис. 19), соединив «внахлест» концевые
витки с перекрытием в 40—50 мм для спиралей малых диаметров и 50—80 мм
для больших диаметров с последующей зачисткой сварных швов.

Конструктивные параметры

Обобщение результатов исследований [2, 3, 23, 33, 35] по транспортирова-
нию ряда сыпучих материалов позволяет предложить зависимости, связыва-
ющие между собой конструктивные параметры шнека. Практически, все они
близки к выводам первых работ в этой области, выполненных П. А. Преобра-
женским, и сводятся к следующему [2, 49]: наружный диаметр спирали Dcn =
= (0,75^- 0,90) .Ор; диаметр проволоки спирали 6= (0,150,20) Z)cn; шаг
винтовой линии спирали s= (0,75 4- 1,40) Dcn-

Выбор диаметра гибкого рукава Dp. Как было уже указано, максимальный
диаметр кожуха не следует принимать > 100—НО мм, поскольку большие
габариты, увеличивая металлоемкость шнека, снижают его маневренность
и долговечность.

Естественно, что в зависимости от диаметра рукава транспортирующая
способность гибкого шнека будет различной. Ниже приведены данные, позволя-
ющие выбрать величину диаметра кожуха в зависимости от заданной объемной
производительности конвейера ()0:

Qo, м3/ч 5=^0,5	1,2—1,5	2,5—3	5,0—6,0	>7,5

Op, мм	... 25	40	50	75	100

Выбор наружного диаметра транспортирующей спирали Осп. Наружный
диаметр винтовой транспортирующей спирали следует выбирать в указанных
выше пределах с учетом следующих замечаний. При хорошей сыпучести обеспе-
чивается необходимая равномерность питания шнека в зоне загрузки, и можно
принимать большие значения Осп- Зазор между кожухом и спиралью во избе-
жание заклинивания должен в 3—4 раза превышать наибольший размер частиц
транспортируемого материала. Для материалов, склонных к налипанию на.
рукав и обладающих повышенной абразивностью (кварцевый песок, цемент)
Применение меньших значений предпочтительнее.

При сложных пространственных трассах для уменьшения пускового мо-
мента и износа рекомендуются средние значения Dcn. Аналогичная рекоменда-
ция справедлива при малых радиусах изгиба и большой общей длине шнека *.

Выбор диаметра проволоки спирали 6. Выбор 6. очевидно, определяется
как свойствами транспортируемого материала, так и характером трассы. Все
транспортируемые сыпучие материалы можно подразделить на три категории:
легкоперемешаемые, средней трудности перемещения и трудноперемещаемые.

Меньшие из указанных выше значений б можно рекомендовать для транс-
портирования легкоперемещаемых материалов при малых радиусах изгибов
п незначительной общей длине шпека.

Рис. 20. Зависимость производительности шнека от шага тран-
спортирующей спирали при различных конструктивных параметрах
устройства:

а — Всп = 0,032 м, п = 700 об/мин; б — ©сп — 0,032 м, п = 460 об/мин;
значения а: 1 — 60°; 2 — 45°; 3 — 30°; 4 — 15°

При средней и большой длине шнека, а также при транспортировании
трудноперемещаемых материалов, исходя из условий прочности транспорти-
рующей спирали, следует переходить на большие значения б. Правда, это уве-
личивает жесткость спирали при изгибе, уменьшает маневренность ц повышает
потребляемую шнеком мощность.

Величина диаметра проволоки в рекомендуемых пределах на производи-
тельность конвейера практически влияния не оказывает. Использование более
тонкой проволоки (<<0,15/)р) сопряжено с понижением прочности спирали,
ито может вызывать необходимость в ограничении питания шнека.

Выбор шага транспортирующей спирали .$. Экспериментально доказано [3].
иго изменение производительности конвейера в зависимости от шага спирали
восит нелинейный характер (рис. 20) с максимумом в интервале значений s =
'= (1 .1. 1,2) ДСп- На тот же диапазон изменения шага спирали приходится
 минимальная удельная энергоемкость конвейера (рис. 21). Учитывая, что
значения шага, выбранные в указанном интервале, хорошо удовлетворяют тре-
бованиям усталостной прочности, величина s = (1,0-4- 1,2) Den может быть
признана оптимальной (sonT)-

Если спираль имеет максимальный угол подъема

Ямакс = 45° —2^-	(I)

* Гибким шнеком малой длины принято считать конвейер с длпной трассы
До 5 м. средней длины — 5— Ю м и большой длины — свыше 10 м. — Upu.v. ред.
<Pi — угол трения скольжения транспортируемого материала по спирали),
что примерно соответствует s = (1,35 4- 1,40) Реп» то ее жесткость при изгибе
заметно повышается, и она относительно быстро выходит из строя вследствие
усталостного разрушения. Меньшие значения шага, $= (0,75 ч- 0,85)
целесообразно назначать лишь в том случае, когда трасса невелика и пмрг-т
несколько резких изгибов. При этом следует ожидать повышенного расхода
мощности.

Таким образом, шаг транспортирующей спирали практически следует при-
нимать в пределах Dcn s=g: Dp.

^плз

Рис. 21. Изменение удельной энерго-
емкости шнека в зависимости от шага
транспортирующей спирали для двух
частот вращения (Рсп = 0,034 м):
значения п (в об/мин): 1 — 1460; 2 — ИЗО.

Рис. 22. Изменение производитель-
ности в зависимости от угловой ско-
рости транспортирующей спирали
при различных величинах шага на-
вивки (Dcn = 0,034 м):
значения з (в м): 1 — 0,053; 2 — 0,043;

3 — 0,034; 4 — 0,023.

Рабочая скорость

Величину рабочей скорости, т. е. угловой скорости (частоты вращения)
транспортирующей спирали, часто именуют режимным параметром гибкого
шнека. Режимный параметр, как правило, колеблется в пределах п = 800 -~
ч- 1500 об/мин и зависит от физико-механических свойств транспортируемого
материала, вида трассы и конструктивных параметров конвейера.

Установлено, что производительность шнека вначале возрастает с увели-
чением частоты вращения спирали, а затем приращение производительности
падает (рис. 22). Достигнув максимума, теоретически производительность
должна уменьшаться, стремясь к нулю при п -► оо. Это связано с тем, что с по-
вышением п возрастает скорость осевого перемещения витков рабочего органа,
вычисляемая по формуле:

«сп = иа/60	С2)
Следовательно, витки спирали в заборной части шнека будут играть роль
естественного шибера, т. е. перекрывать живое сечение заборного окна, умень-
шая производительность.

Как показали исследования [2, 3], скорость осевого хода витков враща-
ющейся спирали должна превышать исп = 0,30 -j- 0,50 м/с в зависимости
от природы материала, что ориентировочно соответствует приведенным ниже
предельным значениям частоты вращения:

Диаметр спирали, мм .... 24	25—34	35—44	46—60	62—80

Предельная частота вращения,

об/мин .................. 1500 1200—1200 1000—1100 750—850 500—600

Трудноперемещаемые и абразивные материалы рекомендуется транспорти-
ровать при пониженных частотах вращения спирали. Уменьшение осевой ско-
рости материала в этом случае компенсируют увеличением диаметра кожуха Dp
и, следовательно, конструктивных параметров спирали. Стоимость конвейера
при этом повышается, но узлы становятся более долговечными.

Для вертикальной или крутонаклонной трассы характерно, что критическая
частота вращения спирали при постоянном равномерном питании равна нулю,
т. е. при любой самой низкой частоте вращения спирали будет наблюдаться
перемещение материала.

Для односпиральных конвейеров с диаметром кожуха Dp — 75 и 100 мм
могут быть рекомендованы [35] следующие параметры: Рсп = (0,6 н- 0,7) Dp',
s— (1,0-j- 1,5) Рсг.‘, б = (0,14 -j- 0,18) Реп*, п = 1000 ~ 3000 об/мин.

Некоторое уменьшение значения РСп по сравнению с рекомендованными
выше, позволяет расширить диапазон допустимых частот вращения рабочего
органа.

Основы теоретического расчета

Для описания работы шнековых устройств общепринято рассматривать
движение изолированной материальной точки на стенке кожуха. Наряду с этим
в последнее время получила развитие так называемая гидродинамическая тео-
рия, позволяющая получить общее решение задачи о движении массы материала.
Поведение материала в шнеке можно описать как для случая вязкой жидкости,
так и для сыпучего материала. Ниже излагаются основы двух упомянутых
теоретических подходов.

Совместное рассмотрение движения изолированной материальной точки
в быстроходном шнеке и некоторых закономерностей движения массы мате-
риала в конвейерах с погруженными скребками пдзволило П. А. Преображен-
скому [2, 49] предложить формулу для расчета производительности Q односпи-
рального гибкого шнека:

•	Q — KnF pi'2	уо	(3)

ср. м

где Кп — коэффициент пропорциональности; Fp — рабочая площадь попереч-
ного сечения кожуха; %р>м — средняя осевая скорость материала; у0 — объ-
емная (насыпная) масса материала.

При оптимальных параметрах гибкого шнека и горизонтальном располо-
жении его заборного участка различие в производительности при транспорти-
ровании в горизонтальном, наклонном и вертикальном направлениях на прак-
тике не превышает 12—15%. С учетом этого может быть получена формула
Для определения у2ср м:

= ц>д марсоз(ар + ф1)

*Ср. М	COS ф!

(4)

где <ов — угловая скорость спирали; 7?р — радиус гибкого кожуха; ар =
=== arctg —у---расчетный (рабочий) угол наклона винтовой линии оси прово-

«Оки спирали при диаметре кожуха Dp; <рх — угол трения скольжения между
Транспортируемым материалом и спиралью.
С учетом формул (3) и (4) получается уравнение для определения произво-
дительности односпирального гибкого пшена Q (в т/ч):

nDcn / D2 _ fr2 \ singp cosfap+q^)
Dp \ ₽ sin a) cos <pi	'°

G)

где а = arctg

-----угол наклона винтовой линии оси проволоки сппрали;
ср

DCp = DCn — 6 — средний диаметр спирали.

Для проведения предварительных расчетов может быть использовапо
соотношение:

е = 35Л’пзит0	(6)

Выражение, близкое формуле (6), было получено также в работах [23,
35, 37].

Согласно гидродинамической теории [3], перемещение массы сыпучего
материала в гибком шнеке моделируют движением псевдоожиженной сыпучей
среды в пространстве между двумя эксцентрично расположенными цилиндрами,
внутренний из которых равномерно движется со скоростью Ucn [41].

Исходя из уравнения движения и соответствующих граничных условий,
С. Н. Михайлов [42] предложил следующее уравнение, определяющее произво-
дительность Q (в м’/ч) горизонтального односпирального гибкого шнека:

0=13,56-10-».»» Г и^--и<‘а' ^-^. +
L а2—ai	sh2a1sh2(X2

(i. + -25|_-----)1 4- 12,98.10-3 _ь ,*♦ х

а2—«1 \а 1 sm^i sm2a2/J	sh(a2—с^)

ch — «ст «2) (in th — In tl

- sh .2 -u, sh a,)

где uo = 0,21 (1,37 • 10-3n—0,2064) (3,36

10-3s+0,0275)

(2,025-^—

\ Dp

0,6617 ) X

X (7-10-2p+0,99)—скорость осевого перемещения слоя материала прижа-
Up 	4 Up

«2—«1 ‘ я2 sh(a2—«1)

того к спирали, м/с; иСт=--—*  ----$----—-----------скорость скольже-

—-----—hv2"cth (“2 —«1)

a2—ai

ния сыпучего материала по кожуху, м/с; р= [7,68 • 10“2 (1,547ф—0,1) X
X (l,14+0,44dcp- 0,23d2p) (О,15уо + 0,87) + (1,03-0,05/)]/(0,002*-0,112) -
эффективная вязкость транспортируемого материала, Па «с; ф—коэффи-
циент заполнения шнека (ф=1,85п-°’ов (s/DCn)0,e6 при 0,55 s/Dcn 0,75 и
ф = 1,115п-0’03в (s/Dcn)-0,226 при 0,75 s/Dcn 1,70; dcp—средний раз-
мер частиц транспортируемого материала; мм; /—коэффициент внутреннего

трения; i—y й2 -[-у2 —суммарный градиент скорости, c~i; u = 2u© X
X 103/(Dp—Den)—градиент скорости в осевом направлении, с-1; v =
= 4« lO’^oDp/(d2—Dgn)—градиент скорости в радиальном направлении,
с~1; uo=wcn sin ^epeose/sin (Оср+в) —осевая скорость материала, прижа-
того к спирали, при условии, что ф=1, м/с; i>o=i>CnCos Ocpsine/sin (ОСр +
4-е)—окружная скорость материала, прижатого к спирали, прп условии,
что ф=1, м/с; ucn = ns • 10-3/60— скорость осевого перемещения витков спи-
рали. м/с; 1>сп = лРспИ • 10_з/60—окружная скорость витков спирали, м/с

s

е - arctg —дсп угол подъема витка спирали; ОСр = 90о — (е-|-ф1) —сред-
ний угол подъема сыпучего материала; а=2^—"V ^р~Ьгпр~^ср—^р-®сп»
•^р-в/Sinaj; гпр=б/2 = a/sin а2; Лср = (-^сп—$)/2; /?сп —^сп/2.

Величины Dcn, £>р, a, s, 6 измеряются в мм, п — в об/мин.

Экспериментами [43] было подтверждено, что зависимость (7) определяет
транспортирующую способность горизонтального односпирального пшена с по-
грешностью до 10%, причем ошиока в вычислениях не превышает 12—15%,
если пренебречь вторым слагаемым.

Еще более точные расчеты могут быть сделаны по формуле, полученной
несколько позднее С. Н. Михайловым и К. Д. Вачагиным [44]:

^ = 321,5nZ)3

где Д = (Dp - РСп)/2; А = 0,163-«Г3; В = 0,144-10-4; с = 0,674-10-’;
К = 0,352-10-’.

Обработка многочисленных опытных данных показала, что максимальное
отклонение расчетных результатов от экспериментальных в этом случае соста-
вляло 5—7%.

Задача по определению общей мощности, затрачиваемой на вращение тран-
спортирующей спирали, до сих пор пе решена строго. Раздельное определение
составляющих энергозатрат также достаточно сложно.

Мощность Л^мех (в кВт), затрачиваемую на вращение цилиндрической спи-
рали при транспортировании сыпучего материала, можно определить, вводя
коэффициент сопротивления перемещению материала W, который учитывает
все потери энергии в шнеке:

лмех ± 367 -f- 267	(. )

Здесь Q — производительность шнека, т/ч; Н — высота подъема (или опуска-
ния) транспортируемого материала, м; £тр — длина трассы (ее горизонтальная
проекция), м.

Определив по формуле (9) /УМех и учитывая к. п. д. привода т)пр, мощность
электродвигателя N№ (в кВт) можно получить из простого соотношения:

Л дв = Кпер МеХ	(Ю)

Чпр

ще Хпер = 1,34- 1,5 — коэффициент возможных перегрузок* [49].

Величину коэффициента сопротивления перемещению сыпучего материала,
которая определяется в первую очередь направлением транспортирования,
видом трассы, свойствами материала и практически не зависит от диаметра
рукава, рекомендуется выбирать по табл. 1.

Кроме изложенного определение мощности, потребляемой гибким шнеком,
можно вести, используя эмпирические формулы, применяя теорию подобия [33],
пли по результатам статистической обработки результатов экспериментов.

* Некоторые авторы [33] принимают коэффициент перегрузок в более
Широких пределах: Кпер = 1,3 ч- 2,2. — Прим. ред.
Таблица 1

Средние значения коэффициента сопротивления перемещению
для различных материалов и трасс

трасса транспортирования	Транспортируемые материалы		
	легкопере- мещаемые	средней трудности перемеще- ния	труднопере- мещаемые
Прямолинейная горизонтальная	7-10	10—15	15—18
Горизонтальная с одним изгибом в 90° на длине 5 м прп минимально допустимом радиусе	10—12	12-18	18—20
S-образная горизонтальная с двумя изги- бами по 90° на длине 5—6 м при мини- мально допустимых радиусах	12—15	15—20	20—22
Естественно-произвольное положение пя- тиметрового участка шнека в рукавах	15—18	18—22	22—25
Горизонтальная с двумя изгибами по 180° на длине 5 м прп минимально допусти- мых радиусах	18-20	20-25	25-30
S-образная или С-образная вертикальная с двумя изгибами ио 90° на длине 5—6 м при минимально допустимых радиусах	25-30	30-40	40—50

В работе [3] было показано, что величина 7УМех может быть вычислена по
выражению:

_Учех = 0,09^(0,00137»—0,0093) ( 0,6360,3446 ) X

X [2,2742

Реп
Рр

0,8592 ) (1,2085 — 0,5458р)

(П)

где р — эффективная вязкость сыпучего материала.

Зависимость (11) справедлива лишь в том случае, когда определяющие
параметры изменяются в следующих пределах: п = 400 н- 1500 об/мин; s/Dp —
= 0,5	1,4; Z>cn/Dp = 0,6-j- 0,9; ц = 0,07 н- 1,0 Па-с. При этом ошибка

в вычислениях не превышает 10—15%. Определение мощности двигателя про-
водится по уравнению (10).

Третья методика расчетов основана на определении составляющих
энергозатрат. Предложенные зависимости для вычисления отдельных соста-
вляющих общей мощности громоздки и малопригодны для инженерной прак-
тики. Однако с методической стороны они представляют определенный интерес,
особенно при проведении исследовательских работ с целью оптимизации пара-
метров шнека, выбора материала кожуха н конструкции рабочего органа,
а также режима работы конвейера. Так, в работах [33, 35] определяются со-
ставляющие мощности, идущие на удар вращающейся спирали о поступающий
материал в момент загрузки и сообщения ему кинетической энергии, на трение
материала о кожух и спираль, на перемешивание, на трение спирали о кожух
и т. д., но не рассчитываются компоненты А’мех, расходуемые на транспортиро-
вание материала. Результаты этпх вычислений, по-йидимому, весьма условны.
В работе [3] предпринята попытка определения полезной мощности Лгп, т. е.
расходуемой только на транспортирование:

,Vn =  “^тр jy Т urdpdg	(12)

S

где 5 — площадь свободного сечения рукава; г — текущий радиус; т — напря-
жение сдвига; и — скорость осевого перемещения слоя материала.

Результаты расчетов показывают, что данная компонента может составлять
от 5 до 80% общей мощности в зависимости от режима работы конвейера. При
этом минимальное значение мощность Ап принимает при малых отношениях
Dcn/Dp, s/Dcn и небольших угловых скоростях вращения спирали. Это связано
с тем, что потребляемая мощность в данном случае расходуется в основном
на перемешивание и измельчение материала, на трение пружины о рукав и т. д.
С улучшением условий взаимодействия материала с рабочим органом [т. е. с уве-
личением Dcn/Dp, s= (0,9-г- 1,3) .Осп и при п, стремящемся к оптималь-
ному значению] эффективность работы шнека возрастает и доля полезно затра-
ченной мощности резко увеличивается. Оптимальными по энергозатратам сле-
дует признать следующие параметры пружин: Dcn = (0,75 4- 0,9) Рр, Рсп

sjgZ-Dp (при этом осевая скорость материала не должна превышать 0,45—
0,55 м/с).

При оптимальных параметрах шнека полезная составляющая мощности
может быть использована в качестве определяющей при вычислении общей
мощности (достаточно расчетное значение Ап увеличить на 20—25%).

Окончательный вид выражения для определения полезно затраченной
мощности, довольно сложен [3]. Однако с использованием ЭВМ расчет не пред-
ставляет особых трудностей.

Для инженерной практики можно рекомендовать первые две методики рас-
четов мощности, описанные в начале раздела.

Рассмотрим процесс транспортирования вязких материалов односпираль-
ным шнеком. Вопрос о транспортирующей способности гибкого шнека для вяз-
ких материалов впервые был рассмотрен в 1956 г., однако при этом была вы-
явлена только качественная сторона вопроса. Широкого экспериментального
и теоретического исследования выполнено не было. Лишь в конце 60-х годов
было установлено [3, 43], что качественная картина изменения производитель-
ности односпирального шнека при транспортировании вязких жидкостей в за-
висимости от конструктивных и режимных параметров остается такой же, как
и при перемещении сыпучих материалов:

1)	при одной и той же осевой скорости спирали с увеличением диаметра
транспортирующего органа производительность конвейера увеличивается,
поскольку улучшаются условия взаимодействия материала со шнеком;

2)	увеличение шага транспортирующей спирали при прочих постоянных
параметрах также приводит к увеличению производительности конвейера
до максимального значения с последующим ее уменьшением;

3)	увеличение осевой скорости материала вызывает рост производитель-
ности, но при достижении определенного значения осевой скорости темп роста
производительности уменьшается и наступает момент, когда дальнейшее уве-
личение осевой скорости приводит к уменьшению производительности;

4)	изменение толщины проволоки спирали не влияет на производитель-
ность.

В отличие от шнека, транспортирующего сыпучий материал, производи-
тельность конвейера при перемещении вязких жидкостей снижается с увеличе-
нием угла наклона его трассы к горизонту даже при наличии горизонтального
подпорного участка. Поэтому с увеличением угла наклона трассы к горизонту
необходимо заведомо увеличивать частоту вращения шнека.

По результатам многочисленных экспериментальных исследований кон-
структивные параметры и частоту вращения гибкого шнека рекомендуется
выбирать в следующих пределах: £>сп = (0,8 4- 0,9) -Ор; б = (0,14 4- 0,20) РСп5
*= (0,9 4- 1,3) Реп и п = 500 4- 1500 об/мин.

Анализ работы горизонтального гибкого шнека был проведен с использова-
нием той же модели движения, что и для сыпучего материала [3, 44], но с учетом
дополнительного условия — прилипания жидкости к кожуху и рабочему
органу. Исходя из соотношения (7), для вязкой среды можно получить уравне-
ние, во которому определяется Q (в м3/н):

0 = 0,026 Ц<^2 - (—+	+ 0,0183 , “°fl2—;

v	а2—cq \ а 1 sh2ct2 / 1	sn (а2—аь

X[(lDth^_lnt^)cha1 + 4^]

(13)

где ue = (ns/60)-10~8 — осевая скорость слоя материала, прилегающего
к спирали.

Опыты с автолом марки А-10 показали, что ошибка при вычислениях по
уравнению (13) составляет всего 5—10%.

Мощность, потребляемая гибким шнеком при транспортировании вязких
жидкостей для оптимальных режимов транспортирования, может быть опре-
делена как сумма мощности, идущей на осевое перемещение массы материала,
и мощности, затрачиваемой на сообщение материалу вращательного движения:

Лмех = Ап4~Ап	(14]

где

1 6 л “Z<Tp

--------[А

s г

Nn =

Цо Л+32£тр	-°________Ь’Р

а2 — «1	' s	(а2—аг) sh (а2—ах)

о

32£ТР ______________%__________

$ ** 3 (а2—<zi) sh(tx2 —а1)

32£тр	vo

'	$	sh2(a2—tZi)

_ sh2a» — sh2ai
a2----:—=-------

Однако при этом необходимо ввести поправочный коэффициент 1,3, учиты
вающий прочие потери мощности.

Порядок технологического расчета

Можно рекомендовать следующий порядок расчета гибкого шнека [2]:
1) заданную весовую производительность гибкого шнека перевести в объемную
и выбрать рабочий диаметр гибкого кожуха (см. данные на стр. 200); 2) в зависи-
мости от диаметра кожуха, физико-механических свойств транспортируемого
материала, вида и длины трассы назначить все конструктивные параметры
спирали согласно рекомендациям, описанным выше; 4) решить уравнение (5)
относительно скорости вращающейся спирали для заданной производительности.

Если угловая скорость спирали выходит за рекомендуемые пределы для
выбранного диаметра рукава Dp п скорректировать ее изменением только пара-
метров спирали не удастся, то необходимо увеличить (или уменьшить) Рр,
а затем, изменив все параметры спирали, вновь вычислить ее угловую скорость.

На практике иногда можно принять несколько повышенную угловую ско-
рость спирали или, наоборот, из соображений износа при транспортировании
высокоабразивных материалов задаться заведомо малой скоростью рабочего
органа. Далее в зависимости от материала, направления транспортирования
и вида трассы по табл. 1 выбрать коэффициент сопротивления перемещению W
и по формуле (9) определить мощность Лмех, расходуемую непосредственно
на вращение спирали. Затем, введя коэффициент возможных перегрузок Kvep
и к. п. д. привода r]npj по формуле (10) определить необходимую мощность
электродвигателя и провести проверочный расчет транспортирующей спирали
на прочность (упрощенный вариант расчета приводится ниже), а при необходИ'
мости изменить диаметр проволоки 6.
С помощью быстродействующих ЭВМ расчет может быть проведен на основе
гидродинамической модели движения — как наиболее общей для широкого
класса материалов [3] — в следующем порядке:

1)	в зависимости от заданной объемной (весовой) производительности вы-
бирают рабочий диаметр гибкого кожуха Dp (по данным на стр. 200);

2)	назначают все конструктивные параметры спирали;

3)	по выбранному значению наружного диаметра спирали с использова-
нием рекомендаций, приведенных на стр. 203, назначают угловую скорость
транспортирующей спирали;

4)	определяют коэффициент заполнения шнека и эффективную вязкость
сыпучего материала;

5)	определяют скорость осевого перемещения слоя материала, прилега-
ющего к спирали ue, и скорости скольжения материала по кожуху вСт» знание
этих величин позволяет определить производительность шнека при выбранных
параметрах конвейера (если вычисленное значение производительности будет
отличаться от заданного, то расчет необходимо повторить с соответствующими
изменениями режима работы или конструктивных параметров шпека);

6)	однозначно определив параметры шнека и зная эффективную вязкость
транспортируемого материала, по формуле (11) вычисляют мощность WMex
на вращение спирали или по формуле (12) — мощность, расходуемую шнеком
на сообщение материалу осевого движения;

7)	определяют мощность двигателя, вводя поправочный коэффициент
1,2-1,3;

8)	проводят проверочный расчет спирали на прочность. "

Приведенный порядок расчета сохраняется и для гибкого шнека, транспор-
тирующего вязкую жидкость, но в этом случае применяют формулу (13) для
расчета производительности и уравнение (14) — для определения мощности.

Расчет винтовой спирали на прочность

Винтовая спираль нагружается по всей длине от свободного конца до места
закрепления на приводном валу возрастающими скручивающим (раскручива-
ющим) моментом и осевой силой сжатия (растяжения) и, кроме того, подвер-
гается изгибу. В общем случае изгиб вращающейся спирали может иметь место
вблизи ее закрепления на приводном наконечнике, т. е. там, где действуют
максимальные скручивающий момент и продольная сила.

Расчет спирали на усталостную прочность при указанных нагрузках,
приведенный в работе [2], достаточно трудоемок. Ниже приводится упрощен-
ная методика расчета, приемлемая для многих случаев инженерной практики,
когда радиус изгиба шнека R (30 ч- 35) Dp [49]. При этом учитывается кру-
тящий момент ЛГизг (в Н-м), действующий на спираль и изгибающий виток

Миэ»=Меир cos а = М™ = 9560

и осевое усилие Рг (в Н), скручивающее виток

7ИПЛЗ

Pz = 19,62 —--------------

Den. ср tg (а -|- <Р1)

Тогда

Л/кр =	cos а ъ СР

Условие прочности при совместном воздействии изгиба и кручения для
незакаленной стали имеет вид:

Мкр /^изг + ^кр V (М”“)2 +(P,Dcn. ер/2)2 Ор

Gnp	“ W3	0,163	— na ' }

где ар — предел пропорциональности при растяжении проволоки и спирали;
Пз = 1,8 ч- 2,2 — коэффициент запаса.
Если спираль подвергнута закалке, то вместо предела пропорциональности
о? для проволоки спирали необходимо ввести предел прочности ов.

Максимально нагруженные витки вблизи места заделкп спирали следует
также проверять на изгиб под действием максимального допустимого пускового
момента, скручивающего спираль (изгибающего виток):

(ЛГцзр)макс = ^пуск-Л/Пцр

где Кг.уск = 1,5-т- 2,0 — коэффициент пусковой перегрузки, зависящий о»
вида и'длины трассы.

Вследствие специфики работы спиралей, онп подвергаются пзносу, поэтому
диаметр проволоки б необходимо увеличивать против расчитанного из условий
прочности на 20—30% с обязательной проверкой так называемого индекса
спирали с = DCn. ср/б, величина которого не должна превышать 4.3десьРСп. ср—
средний диаметр спирали, равный £>сп — б.

В заключение укажем, что технология навивки спиралей подробно описана
работах [53, 54].

ДВУХСПИРАЛЬНЫП ГИБКИЙ ШНЕК

Особенности двухспиральных устройств

В последнее время в СССР и за рубежом для погрузки и выгрузки сыпучих
и полужидких сельскохозяйственных и химических материалов все шире при-
меняются спирально-винтовые транспортеры с двумя рабочими органами —
спиралями из пружинной проволоки, помещенными одна в другую и заключен-

Рис. 23. Участок двухспирального гибкого шнека:

1—наружная спираль; 2— внутренняя спираль; 3 — гибкий кожух; 4—транспортиру-
емый материал.

ными в общий гибкий кожух (рис. 23). Вследствие разного направления подъема
витков спирали вращаются в противоположных направлениях.

Преимущество двухспиральных шнеков перед односпиральными состоит
прежде всего в повышенной (примерно на 35—40%) производительности. Кроме
того, для двухспиральных шнеков возможно некоторое увеличение диаметра
кожуха и длины транспортирования (до 20—22 м при транспортировании по
схеме «от привода»). Тем не менее увеличение диаметра рукава более 100—110 мм
нецелесообразно, так как шнек теряет свое основное преимущество — «мобиль-
ность», п устройство может эксплуатироваться только при стационарной уста-
новке.

Аналогично односпиральному шнеку, спирали работают на скручивание,
если привод расположен на участке загрузки конвейера, и на раскручивание
при приводе со стороны выгрузки. Кожух двухспирального конвейера также
210
представляет собой гибкий износостойкий резино-кордовый рукав. Кроме
того, применяются металлорукава и кожухи пз синтетических материалов.
Металлический рукав с покрытием целесообразно применять лишь для стацио-
нарных устройств [55].

Многие узлы двухсппрального шнека аналогичны соответствующим узлам
односпирального. Поэтому остановимся лишь на некоторых специфических
особенностях конструкции привода спиралей [56].

Наиболее перспективными являются двухсппральные шнекп с приводом
от двухроторных электродвигателей, так как они исключают необходимость
в специальных приводных головках. В этом случае рабочие элементы присоеди-
няются непосредственно к роторам двигателя, вращающимся во взаимно про-
тивоположных направлениях с необходимым соотношением угловых скоростей
наружной и внутренней спиралей.

При вращении спиралей от обычных электродвигателей возможны два
варианта: раздельный привод (каждая спираль приводится во вращение от инди-
видуального электродвигателя) и редукторный привод (обе спирали через
специальную приводную головку приводятся одним электродвигателем).

В первом случае привод осуществляется с помощью гибких (ременных,
цепных) или фрикционных передач. Простейшие схемы таких приводов с гиб-
кими передачами представлены на рис. 24—26. Если шкивы (или звездочки)
заменить фрикционными катками, то получается фрикционный привод. Схема,
показанная на рис. 24, несколько проще, чем на рис. 25 и 26, однако ее приме-
нение целесообразно только в том случае, когда расчетное значение угловой
скорости внутренней спирали точно соответствует скорости ротора электро-
двигателя.

Редукторный привод обеспечивает более компактную конструкцию, но
сложнее в изготовлении. Изображенные на рис. 27 и 28 варианты предполагают
использование обычных зубчатых редукторов, отвечающих определенным тре-
бованиям: 1) необходимо, чтобы выходные валы вращались в противоположных
направлениях, а их угловые скорости (частоты вращения) находились в соотно-
шении Кр = ^a/ni (-^р — так называемый режимный коэффициент, п2 и nt —
угловые скорости соответственно внутренней и наружной спиралей); 2) угловая
скорость ротора электродвигателя должна соответствовать скорости внутренней
транспортирующей спирали п2 (в противном случае между двигателем и редук-
тором необходимо предусмотреть дополнительную передачу или применить
редуктор другой конструкции).

Редукторный (или общий) привод может быть осуществлен и с помощью
гибких передач, например, по схеме, представленной на рис. 26, но в этом слу-
чае трудно обеспечить одинаковое натяжение приводных ремней, причем одна
из передач должна быть «перекрестной».

Возможные варианты исполнения узла крепления спиралей к валам при-
вода приведены на рис. 29 п 30.

При конструировании двухспирального гибкого шнека важно решить во-
просы о «полноте» питания конвейера и угле наклона заборного участка к гори-
зонту. На полноту питания, естественно, влияют форма заборного участка
и число витков спиралей в зоне загрузки. Поскольку наружная спираль кон-
вейера является рабочим органом, первым воспринимающим на себя поступа-
ющий из бункера материал, можно предположить, что от условий ее взаимодей-
ствия с материалом будет зависеть и полнота питания конвейера. Для двух-
спирального шнека можно рекомендовать установку не менее 4—5 витков
наружной спирали па заборном участке при ширине загрузочного окна, равной
(0,8-е- 0,9) Псп, во избежание «выпучивания» спиралей (здесь DCn — внешний
диаметр наружной спирали).

Опыт эксплуатации и исследования [36] позволяет сделать вывод, что при
горизонтальном подпорном участке производительность двухспиральных шне-
ков (как и односпиральных) можно считать независимой от угла наклона трассы
к горизонту. Более того, при горизонтальном подпорном участке и вертикальной
трассе производительность несколько возрастает по сравнению с горизонталь-
ной трассой. Это, по-видимому, объясняется большим коэффициентом заполне-
ния вертикального конвейера при установившемся режиме работы. Длина
подпорного участка должна соответствовать 12—15 диаметрам кожуха.
ного привода двухспп-
рального шнека:

1 — электродвигатели; 2 —
вал привода внутренней
спирали; 3 — приводная го-
ловка; 4 — наружная спи-
раль; 5 — шкив привода
наружной спирали.

Рис. 25. Схема раздельного
привода двухспирального
шнека с двумя гибкими
связями:

1 — электродвигатели; 2 — при-
водная головка; 3 — наруж-
ная спираль; 4 — внутренняя
спираль.

Рис. 26. Схема общего при-
вода двухспирального гибкого
шнека с двумя гибкими свя-
зями:

I — электродвигатель; 2’— приво-
дная головка сдвоенного действия:

3 — наружная спираль;? 4 — внут-
ренняя спираль.
Рис. 27. Конструкция приводной головки с внутренним зацеплением колес:

1 — приводной вал; 2 — малая шестерня; 3 — корпус; 4 — зубчатое колесо; 5 — опорные
подшипники; в — ведомый зубчатый шнек; 7 — наконечник шнека.

Рис. 28. Конструкция приводной головки с внешним зацеплением колес:
— корпус; 2 — приводной вал; 3 — шестерня; 4 — ведомый зубчатый диск; о — опорные
подшипники; 6 — наконечник шнека.
Для двухспиральных шнеков больших диаметров длина заборного участка
может быть принята несколько меньшей, что повышает аэрацию материала,
находящегося в кожухе, и в сочетании с повышенными частотами вращения
наружной спирали приводит к уменьшению удельных энергозатрат.

Рис. 29. Конструктивные схемы (а. б)
крепления внутренней спирали шнека:

1 — приводной вал; 2 — участок заделки; 3 —
рабочий участок.

Рис. ЗИ. Конструктивная схема
крепления наружной спирали
шнека:

1 — наружный вал привода; 2 — ста-
кан; з — участок заделки; 4 — рабо-
чий участок.

Радиус изгиба трассы аналогично односпиральному шнеку должен быть
равен Ямин — (20 4- 25) Dp. Это обеспечивает повышенную долговечность ру-
кава в месте изгиба. Основные рекомендации по безаварийной работе двух-
спиральных конвейеров в основном те же, что п для односпиральных шнеков.

Конструктивные параметры

Обобщение теоретических и экспериментальных результатов исследований
двухспиральных шнеков при транспортировании ряда сыпучих материалов [19,	|

23, 35, 36, 56] позволяет предложить следующие зависимости для определения '
конструктивных параметров рабочих органов: наружная спираль Псп х —
= (0,80-? 0,90) Пр, S1= (0,80-? 1,20) Псп. lt 6Х = (0,15 4- 0,20) Псп. х; 'вну-
тренняя спираль Псп 2 = (0,75-5- 0,85) (Псп i — 26x), s2 ~ (1,0-? 1,40) ПСп 2,
б2 = (0,15-? 0,20) Пол. 2.

Приведенные соотношения предложены на основе экспериментальных
исследований шнеков с диаметрами кожухов до 51 мм.

При кожухах большего диаметра (порядка 100—125 мм) рекомендова-
ны [35] несколько другие значения конструктивных параметров: наружная
спираль Пег. 1 = (0,7 -? 0,8) Пр, sx = (1,0 -? 1,5) Htri. х, 6Х — (0,12 -?
4- 0,16) ПСг! х; внутренняя спираль Псп 2 = (0,4-? 0,5) Псп s2 =
= (1,0 4- 1,5) ПСГ1. 2, 62 = (0,14 -? 0,20) Псп. 2.

Практически различие заключается лишь в выборе параметров наружной !
спирали.

Приведенные параметры изменяются в относительно широких пределах
и зависят от многих эксплуатационных факторов. Изложим некоторые сообра-
жения по пх выбору.

Выбор диаметра кожуха Пр. Значения диаметра кожуха в зависимости
от требуемой объемной производительности шнека можно выбрать, исходя
из следующих данных:

Производительность, м3/ч . . ^1,5

Диаметр кожуха Пр, мм ...	40

3,0	5.0	7,5	> 1U

50	60	75	100-125

Диаметр кожуха конвейера для перемещения сравнительно крупнозерни-
стых материалов следует принимать на ступень выше, чтобы исключить возмож-
ность заклинивания частиц материала между наружной спиралью и рукавом,
а также между спиралями.
Для транспортирования материалов с высокой абразивностью в целях
снижения износа рукава диаметр последнего следует увеличить, уменьшая прп
этом частоту вращения транспортирующих спиралей (прп сохранении заданной
производительности конвейера). Аналогичные рекомендации оказываются
полезными и для материалов, склонных к намазыванию и налипанию.

Выбор диаметров транспортирующих спиралей Z?cn. i и /Л: 2. Диаметры
наружной и внутренней спиралей выбирают, исходя из тех же соображений,
что и для односпирального шнека. Спирали меньших размеров обладают повы-
шенной жесткостью, долговечностью и используются для трудноперемещаемых
и абразивных материалов.

Во избежание заклинивания спиралей при перемещении крупнозернпстых
материалов радиальный зазор между спиралями должен быть в 3—4 раза шире
наибольших размеров частиц. Увеличение зазора между спиралями рекомен-
дуется также при большой длине или вертикальном расположении трассы,
когда возникают большие напряжения и значительные изменения диаметров
спиралей, вследствие чего возможно их самозаклинивание. Если при транспор-
тировании по схеме «от привода» зазор между спиралями необходимо делать
возможно большим, то при перемещении материала по схеме «к приводу», как
и для односпирального шнека, увеличивать следует зазор между наружной
спиралью и кожухом.

Выбор шага спиралей и s-i. Эти параметры выбираются также по аналогии
с односпиральным шнеком, т. е. основным критерием и в этом случае служит
минимальный коэффициент сопротивления перемещению материала W. Послед-
нее возможно лишь в том случае, если угол подъема винтовой линии наружной
спирали несколько меньше соответствующего угла внутренней спирали. Кроме
того, необходимо, чтобы спирали обладали равной усталостной прочностью.
Поэтому их шаги следует принимать соответственно в пределах — (0,8 4-
— 1,0) Z)cn х и s2 = (1,0-j- 1,2) Dcn. 2. Добавим, что отношение шагов обеих
спиралей должно быть обратно пропорционально отношению частот их враще-
ния [19, 56].

Выбор сиаметров проволок спиралей dj и б2. Значения di п 62 принимаются
меньшими для легкоперемещаемых материалов при малых длинах трасс с плав-
ными изгибами. При средней и большой протяженности трассы, а также для
трудноперемещаемых материалов из соображений прочности спиралей прихо-
дится использовать более толстую проволоку. Это вынужденное мероприятие
увеличивает жесткость шнека, но уменьшает маневренность конвейера, уско-
ряет износ рукава и увеличивает энергозатраты.

Предварительно выбранные величины диаметров проволок спиралей уточ-
няются при последующем расчете на прочность. Расчет на прочность транспор-
тирующих спиралей проводится так же, как рекомендовано выше для односпи-
рального шнека [3, 40, 49].

Рабочая скорость

Вопросы, связанные с режимами работы и, в частности, с частотами враще-
ния спиралей, освещаются в литературе разноречиво и остаются в настоящее
время дискуссионными. Очевидно, что частоты вращения рабочих органов
сдвоенного шнека должны находиться в определенной зависимости между собой.

Значение частоты вращения наружной спирали рекомендуется [56] при-
нимать в пределах 300—1000 об/мин. Наибольшие значения частоты вращения
наружной спирали пг в зависимости от ее диаметра Dcn х составляют:

Z)cn> ь мм	....... 30—34	35—40	41-50	51—64	65—85

tilt об/мин	..... 1200	1000	800	600	500

В работе [56] отмечено, что истинное значение частоты вращения слабо
зависит от свойств материала. Для материалов с повышенной абразивностью
значения следует несколько уменьшить * по сравнению с рекомендованными.
Увеличение £>р и соответствующее изменение параметров пружины позволяет
обеспечить заданную производительность. Для некоторых легкоперемещаемых
материалов, наоборот, возможно увеличение по сравнению с максимально
допустимым. Это имеет место в двухспиральных шнеках, транспортир ующпх-
зерно [19, 23, 36]. В работе [35] кроме подтверждения высказанных соображе-
нии рекомендован более узкий интервал изменения частоты вращения наруж-
н >й спирали: пг = 1000-=- 1500 об/мин (табл. 2).

Таблица 2

Технические данные зарубежных спирально-винтовых транспортеров

Тип (модель)	Производитель- ность, т/ч	Длина рукава, м	Внутренний диа- метр рукава, мм	Электродви- гатель		Количество спира- лей, шт, . ..	Частота вращения спирален, об/мин	
				мощ- ность, кВт	коли- чество, шт.		наруж- ной	1 внутрен- ней
«D. Martin», Фран- ция	8	10	63,5	0,625	2	2	1400	2800
«Lendell» (тип «Sno- uger»), Англия	10	9,1	76,2	2,2	1	2	1400	2800
«Векоrd Sails», Швеция	17	5,7	90	2,2	1	2	1400	2800
«Fridrich Segler (тип «Spirella), ФРГ	8	10	63,5	2,2	1	2	1400	2800
«Nicos Belojanis», ГДР	15	10	410	2,2	1	1	1000	—
Транспортер кон- струкции А. Тау- пина [19], Фран- ция	12	10	90	1,1	1	1	1440	

Частоту вращения внутренней спирали нетрудно определить если известен
так называемый режимный коэффициент Кр, связывающий между собой частоты
вращения рабочих органов: п2 = Крп^

Для определения режимного коэффициента можно воспользоваться форму-
лами [19, 23, 56]:

nlsl=n2s2	(16)

nlDi = n2D2	(1”)

х — s*p R1 s*n (к1~Ьтт) р sina2 sin (а24-<₽1)	Vfc)’ «	(18)
ДСП, 1	_  Р Da СП. 2	Дсп. 1  Всп, 2 s2	(19)

Выражение (19) рекомендовано [56] для порошкообразных п мелкозерни-
стых материалов.

Оптимальное значение режимного коэффициента составляет, по мнению
ряда исследователей [19, 23, 35, 56], около 2, чему соотвётбтвует минимальная
величина коэффициента сопротивления перемещений).

Основы теоретического расчета

Анализ ряда работ [19, 23, 36, 56, 57] показывает, что основу теоретических
расчетов транспортирующей способности двухспирального гибкого шнека
составляет рассмотрение движения либо изолированной материальной точки,
либо массы материала в целом (гидродинамическая задача). Причем ход реше-
ния в обоих случаях зависит от того, какая роль отводится внутренней спи-
рали. Иногда полагают [19, 23, 57], что внутренняя спираль только способствует
уменьшению сил трения между витками основной спирали, предотвращая заби-
вание устройства и не оказывая существенного влияния на транспортирующую
способность. Другие исследователи [36, 56] считают, что внутренняя спираль
не только участвует в перемещении материала,- повышая производительность
конвейера по сравнению с односпиральным шнеком, но и оказывает существен-
ное влияние на характер движения массы. Было установлено [56], что при по-
стоянной величине п1 и низкой частоте вращения внутренней спирали п2

Рпс. 31. Графические характеристики работы двухсииральпого
гибкого шнека:

J 2 ^мех’ 3 ~ Nuex. 2' 4 ^мех. 1 ’
I—I, II—II — см. пояснения в тексте.

последняя как бы «запирает» шнек на участке II—I кривой 1 (рис. 8) и тор-
мозит материальный поток. Линия I—I характеризует работу односпирального
гибкого шнека с теми же параметрами, что и у наружней спирали двухспираль-
ного конвейера). Линия II—II отвечает односпиральному шнеку с параметрами
внутренней спирали двухспирального шнека. Только при---------------

£> 600 об/мин внутренняя спираль «включается» в работу. Т

величине п2;

ак как масса мате-

риала, перемещаемая внутренней спиралью, закручивается в противоположном
(по сравнению с наружной) направлении, то вследствие взаимодействия отдель-
ных потоков траектории частиц суммарного потока спрямляются и при опре-
деленном значении па наступает режим чисто осевого движения материала.
Такой режим работы считается оптимальным [56].

Для вычисления производительности двухспирального шнека предло-
жена [21] формула *:

6?

<2 = 2°^.!

1________1

г.

sin sin (х3

($i	^iYo - )



где <х12 = arctg-------fbS----

лПср
Jllycn. 1, 2

. ср	ср

, />сп. 1, 2 — Ь/СП. 1, 2—01, 2*

* Уравнение (20) получено прп допущениях равенства кинетических энер-
гий потоков материала, создаваемых обеими спиралями, п постоянства средней
продольной (осевой) скорости частиц среды по всему сечению шнека. Право-
мочность этих допущений сомнительна. — Прим. ред.
Предположение о том, что обе спирали воздействуют на материальный
поток независимо друг от друга (случай, когда значение АГР отличается от опти-
мального на 30% и более), позволяет рассчитать [21] транспортирующую спо-
собность конвейера как сумму производительностей двух односпиральных
шнеков с соответствующими конструктивными параметрами:

(?=.31,4Р®П ^iniYo-r 31.4D*n> s (s.,n2—s^) y0

(21)

Для описания оптимального режима работы можно рекомендовать фор-
мулу:

Г 1 ( $	^ \]

Q = 47 I 1 - -к- —--------F •- Ретт 1 siniYo	(22)

v [ Dp \ sin1 smcto /J cn- 1

Для горизонтальной трассы расчеты по уравнению (22) дают заниженные
примерно на 15% результаты.

Для шнеков с диаметром кожуха 100 и 125 мм рекомендовано [35] упрощен-
ное соотношение:

Q — 42J9pipYo (л^/Эсг. 1 ~г n.,Dcv. 2) —

*1

(23)

где ф — коэффициент заполнения шнека, равный 0,7—0,95 (ориентировочно
определяется по формуле для односпиральных шнеков).

Рассмотрение задачи о движении массы сыпучего материала на основе
гидродинамической теории проведено только в работе [5], причем лишь для
оптимального режима работы, т. е. для чисто осевого движения материала.
Расчет основан па той же математической модели движения, что и вычисле-
ния [3] для односпирального шнека, но учитывает наличие двух движущихся
цилиндров. Использование гидродинамической теории, по-видимому, оправ-
дано, так как ошибка не превышает в этом случае 10—12% [5]. Можно ожи-
дать, что полученное на основании гидродинамической теории уравнение
окажется еще более точным для случая перемещения вязких материалов. К сожа-
лению, до настоящего времени транспортирующая способность двухспираль-
ного шнека для вязких жидкостей не исследована.

Энергозатраты двухспирального гибкого шнека определяют до сих пор
только эмпирически, т. е. по общепринятой методике, вводя коэффициент со-
противления перемещению материала в формулу (9) [23, 35, 5]. Его рекомен-
дуется принимать, руководствуясь данными табл. 3.

Для расчета рабочих органов на прочность необходимо определить мощ-
ности, приходящиеся на каждую спираль. Полагая, что общая мощность шнека
распределяется между спиралями пропорционально их производительности,
можно записать следующее выражение для определения мощностей каждой
спирали [35]:

где Кк = Den. i/Dcn. 2 — «конструктивный» коэффициент.

По найденным значениям Лмех. i и Лмех. 2 проверочный расчет спиралей
проводится аналогично тому, как это делается для односпирального шнека.

При индивидуальных приводах спиралей можно ориентировочно принять
их к. п. д. Т)Пр. 1 = т)пр. 2 = 0,80-j- 0,85 и с учетом коэффициентов возможных
перегрузок (для обеих спиралей йТпер. 1= ЛГпер. а = М + 1,5) определить
потребные мощности электродвигателей:

Л^дв. 1 — -^пер

•^мех. 1
Чпр

„л	iz -^мех. 2

И тУдв, 2 — л пер ———

При общем (редукторном) приводе мощность двигателя вычисляют по урав
нению

-ТУдв — ЙГпер

МСл

Т]пр
Таблица 3

Значения коэффициента сопротивления перемещению материала [56]

Трасса транспортирования	Коэффициент W для различных материалов		
	г  легкопере- мещаемые	средней трудности переме- щения	труднопере- мещаемые
Прямолинейная горизонтальная	7—10	10—15	15-18
Горизонтальная с одним минимально до- пустимым радиусом изгиба в 90° на дли- не 5 м	10-12	12-18	18—20
S-образная горизонтальная с двумя мини- мально допустимыми радиусами изгиба в 90° на длине 5 м	12-15	15—20	20-22
Естественно-произвольное положение уча- стка шнека длиной 5 м	15-18	18—22	22—25
Горизонтальная с двумя минимально до- пустимыми радиусами изгиба в 180° на длине 5 м	18—20	20—25	25—30
С-образная или S-образная вертикальная с двумя радиусами изгиба (R = 30Dp) в 90° на длине 5 м	25—30	30—40	40-50

Порядок технологического расчета

Порядок расчета двухспиральпого шнека следующий:

1)	по заданной производительности определяют диаметр кожуха (см. дан-
ные на стр. 214);

2)	в соответствии с величиной Пр выбирают конструктивные параметры
спиралей;

3)	из уравнений (20) или (22) расчитывают требуемую частоту вращения
наружной спирали и сравнивают ее со значениями, приведенными на стр. 215;

4)	зная по найденному Кр определяют частоту вращения внутренней

5)	в зависимости от вида трассы и материала назначают коэффициент со-
противлений перемещению W (руководствуясь данными, приведенными на
стр. 219);

6)	определяют суммарную мощность, потребляемую двух спиральным шне-
ком и мощности на вращение каждой спирали;

7)	определяют мощность электродвигателя в зависимости от типа привода
по одной из предложенных выше формул;

8)	проводят проверочный расчет спиралей на прочность.

ТРЕХСПИРАЛЬНЫЙ ГИБКИЙ ШНЕК

Дальнейшим развитием в области конструирования спиральных конвейеров
явилась разработка трехспиральпого гибкого шнека (рис. 32), первые сообще-
ния о котором появились в 1959 г. во Франции [19]. Однако трехспиральное
устройство было приведено лишь в качестве возможного варианта исполне-
ния транспортера без теоретического и экспериментального обоснования.
Указывалось только, что для трехспирального шнека (по аналогии с двухспи-
ральпым) частоты вращения спиралей должны в обратной пропорциональности
соответствовать шагу навивок. В таком конвейере наружная и внутренняя спи-
рали (в отличие от средней, промежуточной) имеют одинаковое направление
навивки и вращаются в одну сторону.
Трехспиральный конвейер, как правило, имеет больший диаметр, чем одно-
п двухспиральные, вследствие конструктивных особенностей, технологических
условий изготовления (индекс пружины должен быть не менее 4) и для обеспе-
чения достаточной прочности спиралей. Шнек трехсппральной конструкции
обладает относительно большим весом. Его применение целесообразно только
в стационарных установках со сложной пространственной трассой. Кроме
того, в таком шнеке, очевидно, возможно совмещение операций транспорти-
рования материалов с их эффективным перемешиванием.

Однозначную оценку технологическим возможностям трехспнральных
гибких шнеков до настоящего времени дать нельзя, так как подобные конструк-
ции изучены недостаточно. Попытку теоретического обоснования работы трех-
спирального шнека по аналогии с двухсппральным конвейером впервые сделал
П. А. Преображенский [58].

АА

Рис. 32. Участок кожуха трехспирального гибкого
шнека:

1 — внутренняя спираль; 2 — наружная спираль; 3 — транс-
портируемый материал; 4 — гибкий кожух; 5 — средняя (про-
межуточная) спираль.

Рекомендуется принимать наружные диаметры рукавов трехспирального
шнека в пределах от 100 до 200 мм. Производительность таких устройств может
превышать 20 м3/ч и зависит от конструктивных параметров и рабочих режимов
шнекового конвейера.

Аналогия с двухспиральным шнеком позволяет предложить следующие
соотношения, связывающие конструктивные параметры шнека [58]: наружная
спиральПсп. j = (0,8-г- 0,9) Пр, (0,8ц- 1,0)£сп. 1( = (0,12ц-0,15) РСп. ь
средняя (промежуточная) спираль РСи. 2 = (0,75 ц- 0,85) (РСп. i — 2(4),
«2 = (1,0-ь 1,2) DCn 2, б2 = (°Л5 -ь °«18) ^сп г! внутренняя спираль Псп. з =
= (0,75 ц- 0,85) (Den. 9 - 2dt), s3 = (М ц-1,4) Лсп. з. $з = (0Д8 4- 0.20) DCn. з-

Частоту вращения наружной спирали, принимаемую в качестве опреде-
ляющей, можно ориентировочно назначать, руководствуясь следующими дан-
ными:

Диаметр наружной спи-

рали Dcn, п мм 80—90 91—100 111—130 131—150 151—180
Максимальная часто-

та вращения наруж-

ной еппрали пг,
об/мин............ 600	500	450	400	350.

При окончательном определении частоты вращения необходимо учитывать
все вамечания, сделанные выше для одно- и двухспиральных гибких шнеков
(см. стр. 200—203 и 214—216).

Частоты вращения средней и внутренней спиралей можно вычислить по
следующим формулам:

П2 = Кр, 1«Г, «3 = ^0.

где А'р. J =- «>/«>, К , s == s2/s3 — режимные коэффициенты.
Для вычисления производительности трехспирального гибкого шнека
предложено выражение [53]:

П = 150

п^сп. 1
Рр

_2L
sin dL

-2L
sin do

_2L
sina3

sin dp. i cos (dp. i + cfi)	,9Д¥

x---------ЕБ^-----------' 0	(;

St

где ai = arctg ncp — углы подъема витков соответствующих спиралей
1Ьсп. i

(i = 1, 2, 3); Ррп i = Dcn. i — б, — средние диаметры соответствующих транс-
портирующих спиралей (i = 1, 2, 3).

Энергозатраты трехспирального конвейера можно оценить по описанной
выше методике с использованием коэффициента сопротивления перемеще-
нию W, причем величина W может быть ориентировочно принята по рекомен-
дациям для двухспирального шнека.

Для расчета транспортирующих спиралей на прочность необходимо знать
мощности, потребляемые каждым рабочим элементом. Полагая, что энерго-
затраты пропорциональны производительности спиралей, можно принять:
для наружной спирали

\ ЛК. 1 /

для средней опирали

Nмех. 2 —

*к.8-1

r^2 гг 2

ЛК. 1ЛК. 2

ДГСУМ
мех

и, наконец, для внутренней спирали

Nмех. 3 —

1\гсум
мех

2 К2

К. 1ЛК. 2

где Кк х = Dcn. i/Dcn. 2>	2 — Dcn. JDcn. з — «конструктивные» коэффи-

циенты.

Выбор электродвигателей в случае раздельного привода спиралей осуще-
ствляется обычным способом:

ЛГ .— г.' ^мех. i

ПДЬ. I — Апер —--—

Чпр. I

где i=l, 2, 3; Кпер = 1,3 = 1,5 — коэффициент возможных перегрузок;
Чпр — к. п. д. привода (в общем случае величины к. п. д. раздельных приводов
могут быть различными).

При общем (редукторном) приводе, приведенная выше формула справед-
лива, если вместо Nuex. i ввести суммарную мощность, потребляемую трех-
спиральным гибким шнеком.

В заключение отметим, что порядок расчета и проектирования трехспи-
рального конвейера остается, в принципе, тем же, что и одно- и двухспиральных.

ГИБКИП ШНЕК

КАК СМЕСИТЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Смешение сыпучих, высоковязких жидких и пастообразных материалов
Широко применяется во многих отраслях промышленности и сельского хозяй-
ства. Несмотря па то, что в ряде случаев этот процесс является вспомогатель-
ным, он имеет большое технологическое значение и часто определяет качество
готовой продукции. Устройства с цилиндрическими винтовыми спиралями
могут быть применены как высокопроизводительные простые и надежные сме-
сители непрерывного действия (59—61].

Изучение работы транспортеров с гибким рабочим органом показало, что
при перемещении материалов одновременно имеет место их перемешивание,
которое уменьшает основной материальный поток конвейера и увеличивает
энергозатраты [3, 33]. Следовательно, такие устройства могут быть использо-
ваны в качестве смесителей непрерывного действия, в которых перераспределе-
ние компонентов осуществляется за счет циркуляционных потоков, создава-

Рис. 33. Принципиальная схема двухспирального смесителя:

1,7 — электродвигатели питателей; 2,6 — бункеры для смешиваемых компонентов; з,
5 — спирально-винтовые питатели; 4 — загрузочная воронка; в — емкость для готовой
смеси; 9 — емкость для жидкого компонента; 10 — кожух смесителя; 11 — внутренняя
спираль; 12 — насос; 13 — наружная спираль; 14, 15 — электродвигатели привода рабочих
органов; 16 — подшипниковый узел приводной головки.

емых рабочим органом в виде двух цилиндрических пружин, вставленных одна
в другую и помещенных в общий кожух.

Смешивающие спирали 11 и 13 (рис. 33) изготавливаются из стальной
или бронзовой пружинных проволок с противоположными направлениями
подъема винтовых линий, что исключает их сцепление во время вращения.
Шаг навивки и частоту вращения каждой спирали выбирают, исходя из опти-
мальных условий процесса смешения. Направление вращения наружной спи-
рали 13 должно обеспечивать перемещение материалов от загрузочной воронки 4
к зоне выгрузки. Внутренняя спираль 11 может вращаться в любом направле-
нии. Выбор направления вращения внутренней спирали зависит от условий
оптимизации процесса смешения и заданной производительности. Длина сме-
сителя в значительной степени определяет качество смешения (рис. 34) и лими-
тируется прочностью спиралей. Диаметр смесителя возрастает с увеличением
заданной производительности.

Существуют три варианта смесителей: односпиральные, двухспиральные
с раздельным приводом, двухспиральные с приводом от общего вала. Такие
смесители отличаются простотой конструкции, компактностью и относительно
высокой интенсивностью процесса смешения.

Для спиральных смесителей характерны значительные градиенты скоростей
(значения п могут достигать 1000—1500 об/мин) во всех точках материального
потока, в результате чего обеспечивается быстрое и высококачественное смеше-
ние. В силу названных достоинств смесители могут изготавливаться малогаба-
ритными. В них можно смешивать сыпучие материалы с сыпучими, сыпучие —-
с жидкими и вязкие жидкости — с вязкими (при соответствующей конструкций
узлов уплотнений).
Исследования [60] подтвердили, что наилучшими параметрами в качестве
смесителя обладает двухспиральный шнек с приводом от общего вала (рис. 35).
"*	~	— 1500 ч- 1800 мм и Реп = 27 ч-

Такие смесители с £>р = 50 ч- 70 мм, L
ч- 50 мм обеспечивают удельную про-
изводительность 45—670 кг/(ч-кг) при

CM

удельных энергозатратах 0,075—
0,35 кВт-ч'т продукта. Установлено
также, что при тех же энергозатратах
качество перемешивания лучше в сме-
сителях с большим шагом. Это, по-ви-
димому, объясняется тем, что с увели-
чением утла подъема винтовой линии
возрастают колебания (пульсации) ско-
ростей отдельных порций материала, а
это в свою очередь предопределяет хо-
рошее качество смешения при высокой
производительности. На качество сме-
шения влияет также коэффициент запол-
нения смесителя, причем величина этого
параметра не должна быть < 0,6.

Рис.
стики

34. Кинетические характери-
двухспирального смесителя в за-
висимости от длины £ем:

1 - 2 -

Смешиваемые компоненты

I II III	Тепло- или хладоноситель

тас. 35. Устройство двухспирального смесителя с приводом спиралей от одного
вала:

I—III — смешиваемые компоненты:

• подшипниковый узел контрприводного вала; 2 — загрузочная воронка; з — наруж-
ен спираль; 4 — внутренняя спираль; s — кожух смесителя; в — кожух теплообменника^
— узел выгрузки; 8 — приемная емкость; 9 — готовая смесь; 10 — электродвигатель^
11 — клиноременная передача.
Оценка параметров смесителя с приводом обеих, спиралей от общего вала
была проведена в работе [61] при величинах Dp, равных соответственно 50;
55 и 70 мм. Были рекомендованы следующие соотношения для выбора кон-
структивных параметров рабочих элементов: наружная спираль Dcn. i =
= (0,75 -i- 0,90) Dp, sj = (1,2-4- 1,4) DCn.i» = (0,12 4- 0,18) Dcn. В вну-
тренняя спираль Dcn я= (0,85 4- 0,95) (DCn i — 26,), s« — (1,4 4- l,6)Dcn 2>
6a = (0,15 4- 0,20) Dcn. 2-

Меньшие значения диаметров спиралей и большие значения диаметров
проволок следует принимать для трудносмешиваемых вязких и зернистых
материалов. Для легкосмешиваемых жидких и порошкообразных сред, не обла-
дающих склонностью к уплотнению и образованию наростов (корок) на кожухе
и пружинах, можно использовать спирали максимальных диаметров. При не-
больших зазорах между кожухом и наружи эй спиралью процесс смешения
протекает интенсивнее и уменьшается вероятность выгрузки «непр смешанных»
частиц. Однако при малых рабочих зазорах возрастает удельная энергоемкость
смесителя.

При выборе диаметра кожуха смесителя можно руководствоваться следу-
ющими рекомендациями:

Заданная производительность, м3/ч:

смеси сыпучих материалов . . .	0,3

пасты и смеси жидкостей	. . . ^ 0,2

Рекомендуемый дпаметр кожуха Dp,

.мм ............................... 40

0,7	1,0	1,5	2,0
0,3	0,5	0,7	1,0
50	60	74	100

Длину рабочей зоны смешения ZCM следует определять из выражения:

Lcm — V см/F р

(25)

где Кем = Q/qo — необходимый объем зоны смешения, м3; Fp = D%—
«: ч	.

----Тпа-----sin~a~/ — Рабочая площадь поперечного сечения кожуха, мя; q0 —
удельная объемная производительность смесителя, м3/(ч-м3).

При смешении сыпучих материалов удельная объемная производитель-
ность q0 при оптимальных рабочих условиях может достигать 200—300 м3/(ч«м3),
а при смешении двух вязких жидкостей с сыпучими материалами 40—70 м3/(ч X
X м3) [61]. Хорошее качество смешения обеспечивается при рабочей длине
смесителя в пределах £См = (20 4- 30) Dp для сыпучих материалов и £См —
— (30 4- 40) Dp для жидких смесей и паст.

Частота вращения смешивающих спиралей выбирается в пределах п =
= 300 4- 1000 об/мин. Меньшие значения п следует принимать при бблыпих
диаметрах кожухов, а большие — при мепьших Dp. Отметим, что снижение
частоты вращения спиралей не только уменьшает производительность, но и ухуд-
шает эффективность смешения; чрезмерно высокие скорости увеличивают удель-
ные энергозатраты, что также нерационально.

Питание смесителя должно осуществляться под действием гравитационных
сил, причем пропускная способность загрузочного окна должна многократно
превышать максимальную производительность смесителя. Кроме того, наруж-
ная и внутренняя спирали перемещают смешиваемые материалы в противо-
положные стороны (при одинаковом направлении вращения спиралей, но раз-
личных направлениях подъема винтовых линий). С учетом сказанного теорети-
ческую производительность смесителя можно определить как разность произ-
водительностей обеих спиралей:

Q — ((21—<?г) Кэ

(26)

где К3 — коэффициент пропорциональности, определяемый эксперименталь-
ным путем.
По аналогии с двухспиральным шнеком были предложены следующие
выражения для определения и

<'*=15о^гЛ-(°г-6’
р '

Q.

^СП. 2

sinaT )
д; \
sin а, I

sin tip, i cos (tip, 14- <Pi)

COS Ф1

Yo

sin ctp. 2 COS (ap. 14- фх)

--------------------------То
COS <Pi



Экспериментальные исследования двухспиральных смесителей показали,
что при смешении сыпучих веществ коэффициент Кэ можно принять рав-
ным 0,67, а для смешения жидких сред и жидких материалов с сыпучими веще-
ствами Кр = 0,5.

Мощность двухспирального смесителя предложено [61] вычислять из соот-
ношения:

Кмех — ‘	^-смИ7с	(27)

«ЭО 1

Мощность электродвигателя определяется по формуле:

JV _ к Лмех

Чпр

где т]пр — к. п. д. привода, равный 0,75—0,80; ЛПер = 1,5 ч- 2,0 — коэффи
циент возможных перегрузок.

Коэффициент сопротивления перемешиванию Жс определяется следующим
образом:

для смесей сыпучих материалов:

И'с = ^вРУС. э

для смесей паст и жидкостей:

WC=K К Жж Ч
1уд И

где К.,^ = уо/1,35—весовой коэффициент пересчета; у0 — объемная (насып-
ная) плотность смеси; Жс. э = 100 ч- 150 — экспериментальный коэффициент
сопротивления перемешиванию сыпучих материалов; Ку — ууд/1,75 — весо-
вой удельный коэффициент пересчета; = р/350 — вязкостный коэффициент
пересчета; р — динамический коэффициент вязкости смеси; уУд — плотность
смеси; И!,п;5 — 400 ч- 600 — экспериментальный коэффициент сопротивления
перемешиванию паст и жидкостей.

Проверка приведенных соотношений на примерах смешения кварцевого
песка с поваренной солью и водного раствора КМЦ с кварцевым песком дала
положительные результаты [61].

Мощности, потребляемые каждой спиралью, определятся по формулам

Л7мех. 1 =-^мех—-^мех. 2> ^мех. 2 = ^Sbx/^1/i

„ ^сп. 1 Л;п. 2*1

где /2 =	— поправочный коэффициент.

^сп. 2 *2

Прочностные расчеты спиралей проводятся по методике, изложенной выше.

Порядок расчета двухспирального смесителя:

1)	по заданной производительности задаются диаметром кожуха Dv (см.
рекомендации на стр. 224);

2)	определяют все конструктивные параметры смесителя;

3)	определяют частоту вращения спирали, решая уравнение (26) и учитывая
дополнительные рекомендации;

4)	вычисляют коэффициент сопротивления перемешиванию Же;

to Заказ 343
5)	определяют мощность, затрачиваемую на вращение спиралей, по фор-
муле (27);

6)	находят мощность электродвигателя;

7)	вычисляют Амех. i и Амех. а и проверяют спирали на прочность.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

В ОБЛАСТИ ГИБКИХ ШНЕКОВ

Объем «Дополнения» позволил отразить лишь основные результаты оте-
чественных и зарубежных работ по гибким шнекам. Дальнейшие теоретиче-
ские исследования работы гибких шнеков должны, по нашему мнению, быть
направлены на математическое описание движения материала в различных
спиральных устройствах для широкого крута материалов с целью разработки
точных методов оценки производительности, мощности и качества смешения.
Поскольку применения экспериментальных параметров (коэффициентов) избе-
жать все равно, по-видимому, не удастся, необходимо и в дальнейшем проведе-
ние широких экспериментальных работ как в лабораторных, так и в производ-
ственных условиях. Эксперименты и практика позволят накопить данные по
категоричности многочисленных материалов с точки зрения трудности их пере-
мещения. Будут, очевидно, уточнены рекомендуемые пределы допустимых
изменений коэффициентов сопротивления перемещению и параметров шнеков.

При транспортировании сыпучих материалов гибкими шнеками необходимо
проверить эффективность пневмоподпора, а для вязких сред и пастообразных
веществ провести широкое исследование по напорному питанию гибких шнеков
обычными «жесткими» шнековыми устройствами.

Перспективным является дальнейшее исследование спиральных смесите-
лей, обеспечивающих хорошее качество смешения при относительно низких
энергозатратах и достаточно высокой производительности. Спиральные смеси-
тели непрерывного действия в ближайшем будущем получат, очевидно, широкое
распространение при проведении химических, тепло- и массообменных процес-
сов в гетерогенных системах.

Определенный интерес представляют экспериментальные и промышленные
испытания устройств, в которых транспортирование материалов совмещается
с нагревом или сушкой среды.

Повышение надежности и долговечности спирально-винтовых конвейеров
должно вестись в направлении подбора износостойких материалов для покры-
тий рабочих поверхностей узлов и деталей. Большое значение приобретает раз-
работка оригинальных конструктивных решений приводных головок и других
рабочих узлов.

При успешном решении названных теоретических и инженерно-технических
задач применение устройств с цилиндрическими вращающимися спиральными
рабочими органами резко возрастет во всех областях производства и сельского
хозяйства.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Пат. США 2763362, 3016128. — 2. Преображенский П. А. Автореф.
канд. дисс., Казань, КХТИ им. С. М. Кирова, 1964. — 3. Михайлов С. Н.
Автореф. канд. дисс., Казань, КХТИ им. С. М. Кирова, 1971. — 4. Пат. ФРГ
462082. — 5. «Maschinenmarkt», 1962, Bd. 72, № 60, S. 27—30. — 6. «For-
derschnecke», VDI-Nachr., 1962, № 18, S. 41—47. — 7. Пат. ФРГ 483691,
674276. — 8. ДидыкВ. H., Авт. свид. 94475. — 10. Франц, пат. 1199637,1436336,
1449861.

11.	«Мукомольно-элеваторная промышленность», 1956, № 2, с. 16—21. —
12. Пат. США 2095757, 2858011. — 13. Пат. ГДР 8448, 8521. — 14. Пат. ФРГ
965389. — 15. Export-Markt Masch. u. Industr., 1967, Bd. 47, № 11, S. 26—
29. — 16. Masch. u. Werkzeug-Europatechn., 1967, № 6, S. 24—30. —
17. Франц, пат. 1261594, 1300230; 1434363. — 18. Пат. США 3219178. —
19. Франц, пат. 1199637, 1282153; 1310620, 1580350. — 20. Fordern u. Heben,
1962, Bd. 12, № 1, S. 52—54.
21. Курманаевский В. В., Преображенский П. Л.. Григорьев А. М. В кн.:
Спирально-винтовые транспортеры (гибкие шнеки) п смесители. Казань, 1970,
с. 91 —107. — 22. Преображенский П. А., Курманаевский В. В. Там же, с. 80—
91. — 23. Hajnovski J. Bull, inform. Prs. inst. (ПНР), 1968, № 1, str. 12—15:
1970. As 1, str. 16—21. — 24. Механизация работ на птицеводческих фермах.
М.. изд. ВДНХ СССР, 1961. — 25. Григорьев А. МПреображенский П. А.
Комплексная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных и транс-
портных работ в машиностроении и приборостроении. Киев, «Наукова думка»,
1967. 120 с. — 26. Каптур 3. Ф. Автореф. канд. дисс., Минск, 1969. — 27. Пре-
ображенский П. А., Григорьев А. М. Хим. и нефт. машиностр., 1970, № 3,
с. 21—24. — 28. Резник Е. И. В кн.: HTII.no электрификации сельского хозяй-
ства. Вып. 18. 1964, с. 24—26. — 29. Резник Е. И. «Сельский механизатор»,
1966, № 8. с. 11—13. — 30. Резник Е. И., Григорьев А. М. Вести, с.-х. науки,
1969, № 1, с. 22—24.

31. Резник Е. И. Доклады ВАСХНИЛ, 1969, № 12, с. 44—46. — 32. Рез-
ник Е. И., Григорьев А. М. Тракторы и с.-х. машины, 1970, №2, с. 25—27. —
33. Резник Е. И. Автореф. канд. дисс., М., ВИЭСХ, 1970. — 34. Михайлов С. Н.,
Вачагин К. Д. В кн.: Спирально-винтовые транспортеры (гибкие шнеки) и сме-
сители. Казань, 1970, с. 67—73. — 35. Кудзиев Э. П. Автореф. канд. дисс., М.,
ВИЭСХ, 1972. — 36. Stevens С. Farm. Mechanization, 1963, v. 15, р. 156—
161. — 37. Кудзиев Э. П. «Механизация и электрификация социалистического
сельского хозяйства», 1970, № 12, с. 6—9. — 38. Григорьев А. М., Преобра-
женский П. А., Курманаевский В. В. и др. Труды Иркутского технолог, инет.,
1972, вып. 75, с. 42—48. — 39. Преображенский П. А. Труды КХТИ, 1964,
вып. 32, с. 204—213; 1965, вып. 35, с. 290—301. — 40. Григорьев А. М., Преобра-
женский П. А. Гибкие шнеки. Киев, «Знание», 1967. 245 с.

41. Преображенский П. А., Григорьев А. М. Вестн. машиностр., 1969,
№ 6, с. 29—33. — 42. Михайлов С. Н., Преображенский П. А. Труды КХТИ-
1968, вып. 37, с. 230—234. — 43. Михайлов С. Н., Вачагин К. Д., Труфа-
нов А. А. Труды КХТИ, 1969, вып. 39, с. 62—66. — 44. Михайлов С. Н., Пре-
ображенский Л. А., Труфанов А. А. В кн.: Спирально-винтовые транспортеры
(гибкие шнеки) и смесители. Казань, 1970, с. 118—125. — 45. Михайлов С. Н.,
Вачагин К. Д., Труфанов А. А. Там же, с. 73—76. — 46. Михайлов С. Н.,
Вачагин К. Д., Труфанов А. А. Там же, с. 76—80. — 47.Михайлов С. Н., Пре-
ображенский П. А., Курманаевский В. В. В кн.: Технологические вопросы
электрохимической обработки материалов. Казань, 1972, с. 89—91. —
48. Труфанов А. А. Техническая информация ТатЦНТИ, 1972, с. 446—472. —
49. Преображенский П. А. В кн.: Спирально-винтовые транспортеры (гибкие
шнеки) и смесители. Казань, 1970, с. 156—163. — 50. Труфанов А. А. В кн.:
Технологические вопросы ЭХО материалов. Казань, 1972, с. 51—62.

51. Кудзиев Э. П., Буряков А. Т. Авт. свид. 201214. — 52. Кудзиев Э. П.>
Буряков Л. Т. Авт. свид. 230715, 247676, 249265, 327102. — 53. КрасновИ. М
Преображенский П. А., Григорьев А. М. «Технология организации производ-
ства», 1968. № 4, с. 21—28. — 54. Краснов И. М., Преображенский П. А.,
Труфанов А. А. В кн.: Спирально-винтовые транспортеры (гибкие шнеки)
и смесители. Казань, 1970, с. 163—174. — 55. «Landmaschinen Markt», 1966,
№ 2, S. 17—19. — 56. Курманаевский В. В. Автореф. канд. дисс., Казань,
КХТИ им. С. М. Кирова, 1972. — 57. Резник Е. И. «Механизация и электри-
фикация социалистического сельского хозяйства», 1970, № 10, с. 57—59. —
58. Преображенский П. А. В кн.: Спирально-винтовые транспортеры (гибкие
Шнеки) и смесители. Казань, 1970, с. 107—123. — 59. Преображенский П. А.,
Александровский А. А., Ланге Б.Ю. Авт. свид. 249814. — 60. Александров-
ский А. А., Ланге Б. Ю., Преображенский П. А. и др. В кн.: Спирально-винто-
вые транспортеры (гибкие шнеки) и смесители. Казань, 1970, с. 123—138.

61. Преображенский П. А., Ланге Б. Ю., Александровский А. А. Там же,
с. 138—153.
Дополнительная литература

1.	Завгородний В. К., Калинчев Э. Л., Махаринский Е. Г. Оборудование
предприятий по переработке пластмасс. Л., «Химия», 1972. 464 с. — 2. Мак-
Келви Д. М. Переработка полимеров. Пер. с англ. М., «Химия», 1965. 442 с. —
3. Торнер Р. В. Основные процессы переработки полимеров. М., «Химия»,
1972, 452 с. — 4. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов.
Пер. с англ. М., «Химия», 1965. 748 с. — 5. Бокарева Э. 3. «Пластические
массы», 1973, № 12, с. 28—31. — 6. Преображенский П. А. Труды КХТН,
1964, вып. 32, с. 204—213. — 7. Григорьев А. М. Винтовые конвейеры. М.,
Промстройиздат, 1973. 302 с. —8. Силин В. А. Автореф. докт. дисс., Кали-
нин — Киев, 1970. — 9. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. Пер.
с нем. Л., Госхимиздат, 1962. 468 с. — 10. Рябинин Д. Д., Лукач Ю. Е. Смеси-
тельные машины для пластмасс и резиновых смесей. М., «Машиностроение»,
1972. 274 с.

11.	Технология пластических масс. Под ред. В. В. Коршака. М., «Химия»,
1972. 616 с. — 12. Иванюков Д. В., Фридман М. Л. Полипропилен (свойства
и применение). М., «Химия», 1974. 291 с. — 13. Фишер Э. Г. Экструзия пласти-
ческих масс. Пер. с англ. М., «Химия», 1970, 288 с. — 14. Грифф А. Л. Техно-
логия экструзии пластмасс. Пер. с англ. М., «Мир», 1965. 308 с. — 15. Мура-
шов М. И., Григорьев А. М. «Строительные и дорожные машины», 1970, № 6,
с. 34—38. — 16. Шпитбаум И. М. Вести, машиностр., 1970, №4, с. 41—49.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие редактора .............................................. 5

Тлава 1. Применение и технологическая классификация шнековых машин 7

1.1.	Области применения шнековых машин....................  7

1.2.	Классификация технологических процессов............... 8

1.3.	Классификация шнековых машин......................... 10

Литература ............................................... 15

Тлава 2. Разработка шнековых машин (исторический обзор)............ 16

2.1.	Первые шнековые машины............................... 16

2.2.	Шнековые пластикаторы (шнековые смесители для пластич-
ных и упруговязких	сред) ............................. 17

2.3.	Шнековые смесители	для	жидких сред................. 32

2.4.	Шнек-прессы ......................................... 33

2.5.	Шнековые испарители	.............................. 36

2.6.	Шнековые реакторы	............................... 42

Литература ............................................... 48

Тлава 3. Конструктивные типы и параметры шнековых машин ....	51

3.1.	Шнековые дозаторы ................................... 51

3.1.1.	Основные технологические понятия.......... 51

3.1.2.	Одношнековые дозаторы ......................... 55

3.1.3.	Одношнековые вибродозаторы................ 58

3.1.4.	Двухпшековые дозаторы ......................... 59

3.1.5.	Дозирующие шнеки с весовой системой	......	61

3.1.6.	Дозирующие шнеки периодического действия	...	62

3.2.	' Шнековые смесители для твердых сыпучих материалов . .	65

3.2.1.	Основные технологические понятия............... 65

. 3.2.2. Планетарные шнековые смесители периодического
действия ...........................................  .	68

3.2.3.	Ленточные шнековые смесители периодического, дей-
ствия ...............................................  69

3.2.4.	Ленточные шнековые смесители непрерывного дей-
ствия ..............................................   71

3.2.5.	Лопастные смесители периодического и непрерывного
действия ............................................. 72

3.2.6.	«Интенсивные» лопастные смесители периодического
и непрерывного действия............................... 75

3.2.7.	Шнековый смеситель непрерывного действия системы '
Френкеля ............................................  77

3.3.	Шнековые пластикаторы (шнековые смесители для пла-
стичных и упруговязких	сред)......................... 78

3.3.1.	Основные технологические понятия............... 78

3.3.2.	Пластификатор	............................ 90

3.3.3.	Трансферный смеситель системы Френкеля («Trans-
fermix») ............................................. 94
3.3.4.	Смеситель «Ко-Kneter» ......................... 99

3.3.5.	Экструдер с планетарными шнеками.............. 117

3.3.6.	Двухшнековая машина «Welding Engineers» . . .	119

3.3.7.	Двухшнековый смеситель DSM.................... 121

3.3.8.	Пластикатор системы «Continuous Mixer FCM» . . .	124

3.3.9.	Двухшнековая машина ZSK с месительнымп кулач-
ками ............................................... 128

3.3.10.	Двухшнековая машина ZZK с двухсторонней на-
грузкой ............................................. 147

3.4.	Шнековые классификаторы	.................. 151

3.5.	Отжимные шнековые машины............................ 152

3.5.1.	Одно- и двухшнековые	ситчатые прессы.......... 152

3.5.2.	Бесситчатые шнековые	прессы............... 159

3.6.	Шнековые испарители (дегазаторы) для твердых сыпучих
материалов .............................................. 160

3.6.1.	Шнековый испаритель с псевдоожиженным слоем
системы «Holoflite» ................................ 160

3.6.2.	Двухшнековая сушилка с воздушной продувкой
типа SDT ........................................... 161

3.7.	Шнековые испарители-дегазаторы для пластичных и упруго-
вязких сред ............................................. 162

3.7.1.	Двухшнековые машины «Welding Engineers» . . .	162

3.7.2.	Двухшнековые прессы ZSK с месительнымп кулач-
ками ............................................... 164

3.7.3.	Четырехшнековый	испаритель VDS-V.......... 168

3.7.4.	Шнековый испаритель системы «Holoflite» ....	171

3.7.5.	Испаритель-дегазатор с полыми шнеками уплотни-
тельного профиля	....................... 173

3.7.6.	Декомпрессионные	испарители	............ 173

3.8.	Шнековые реакторы .................................. 175

3.8.1.	Аппарат системы	«Ko-Kneter»............ 175

3.8.2.	Двухшнековый реактор ZSK с месительнымп кулач-
ками ............................................... 178

3.8.3.	Двухшнековый реактор ZDS-R.................... 181

3.8.4.	Двухшнековый реактор ZDS-RE................... 183

Литература .............................................. 185

Дополнение. Гибкие шнеки (спиральные конвейеры). С. Н. Михайлов,
К. Д. Вачагин, М. Л. Фридман...................................... 190

Краткий исторический очерк развития гибких	шнеков............. 192

Односпиральный гибкий шнек.................................... 192

Основные закономерности работы............................ 192

Конструктивные параметры ................................. 200

Рабочая скорость ......................................... 202

Основы теоретического расчета..............................203

Порядок технологического расчета...................... . .	208

Расчет винтовой спирали на прочность...................... 209

Двухспиральный гибкий шнек.................................... 210

Особенности двухспиральных устройств...................... 210

Конструктивные параметры ................................. 214

Рабочая скорость ......................................... 215

Основы теоретического расчета............................. 216

Порядок технологического расчета.......................... 219

Трехспиральный гибкий шнек.................................... 219

Гибкий шнек как смеситель непрерывного действия............... 221

Основные направления перспективных исследований в области гиб-
ких шнеков .............................................. 226

Литература ....................................................... 226

Дополнительная литература ........................................ 228
X. Геррмам

ШНЕКОВЫЕ МАШИНЫ
В ТЕХНОЛОГИИ

Редактор Ю. К. Ку знецов

Техн, редактор 3. Е. Маркова

Переплет художника В. С. Митрофанова
Корректор Л. С. Александрова

Сдано в наб. 13/VI 1975 г. Поди. к печ. 31/Х 1975 г. Формат
бумаги 60 X 901/»». Бум. тип. 2. Усл. печ. л. 14,5.
Уч.-изд. л. 14,93. Тираж 4400 экз. Заказ 343. Изд. № 610.
Цена 91 коп.

Издательство «Химия», Ленинградское отделение

191186, г. Ленинград, Д-186, Невский пр., 28

Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома
Государственного комитета Совета Министров СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли.

196006, г. Ленинград, Московский пр., 91.
Таблица 33

Типоразмеры и технические параметры машин серии SDT

Диаметр шне- ков, мм	Длина шнеков, мм	Объем слоя, м3	Пропускная способность (В кг ч) при насыпной плотности 0.4 кг/л	Рабочее время обработки, мин
300	4000	0,36	300	28
400	6300	1,00	800	30
500	8000	2,00	1600	30
630	8000	3,00	2400	30

3.7. ШНЕКОВЫЕ ИСПАРИТЕЛИ-ДЕГАЗАТОРЫ
ДЛЯ ПЛАСТИЧНЫХ II УПРУГОВЯЗКИХ СРЕД *

3.7.1.	Двухшнековые машины «Welding Engineers»

Двухшнековые машины производства «Welding Engineers» были
уже подробно описаны выше (в разделе 3.3.6) в качестве шнековых
пластикаторов. Как и другие шиековые пластикаторы, в модифици-
рованном виде они используются также в качестве шнековых испа-
рителей-дегазаторов. Поэтому необходимо специально остановиться
па их применении для проведения процессов испарения и дегазации.

При конструировании технологической (рабочей) части было
разработано три корпуса дегазирующей машины, которые, как это
следует из рис. 103, в любой выбранной последовательности могут
монтироваться в одну «цепочку», многократно повторяясь вплоть
до общей относительной длины (отношения рабочей длины к диа-
метру) ~70 : 1. [61]. Типичными областями применения этих машин
являются дегазация воды и растворителей и удаление мономерных
остатков из полимерных материалов [134]. Если последовательно
смонтировать три дегазационные секции типа V2 (рис. 103), то
удается освобождать пластические массы от исходного содержания
летучих компонентов —50% до нескольких десятых долей процента.
Этим методом можно также концентрировать растворы полимеров.

При содержании растворителя, превышающем 50%, такая техно-
логия, однако, становится нерентабельной, если исходить из холод-
ных растворов, которые должны разогреваться только в первой сек-
ции шнекового испарителя. Вследствие низкой вязкости среды энер-
гия привода практически пе может подводиться к раствору и при-
ходится рассчитывать исключительно на теплопередачу через стенку
корпуса шнека. С помощью двухшнековой машины модели 2000,
оборудованной шнеком диаметром 51 мм, при отношении длины
к диаметру (так называемой относительной длине рабочего органа),
равном 48 : 1, и конструкции корпуса, показанной на рис. 104,

* Кроме описанных автором в настоящей главе шнековых испарителей-
дозаторов разработан и ряд других машин этого назначения — Прим. ред.
былп проведены соответствующие эксперименты на растворе поли-

бутадиена в бензоле с концентрацией от 16 до
до 30—40 с С [133]. Прп этом было установ-
лено, что в зоне нагревания при температуре
стенкп ~230 СС и частоте вращения шнека
144 об мин величина коэффициента теплопере-
дачи могла достигать 55,7-10~3 кВт/(мг-гС).
Соответственно этому пропускная способность
машины составляла только 13—18 кг/ч по
полибутадиену.

Другой областью применения шнековых
испарителей (дегазаторов) производства «Wel-
ding Engineers» является сушка мокрого син-
тетического каучука. Каучуковая крошка,
содержащая от 50 до 60% воды, предварительно
отжимается шнек-прессом (см. раздел 3.5) до
влагосодержания в пределах от 10 до 15%,
после чего направляется в шнековый испари-
тель. Тепло, необходимое для испарения воды,
обеспечивается главным образом за счет пре-
вращения энергии привода в теплоту трения.
Водяные пары в этом случае отводятся при
вакуумировании через одно или два дегаза-
ционных отверстия типа V2. Таким методом
каучук высушивается до содержания остаточ-
ной влаги </0,5% и затем в зависимости от типа
установки в конце шнекового испарителя

экструдируется в виде крошки, равномерного
(однородного) гранулята или ленты. Шнеко-
вый испаритель-дегазатор модели 6000 (диаметр
шнека 152 мм) обеспечивает при таком тех-
нологическом процессе производительность
—2000 кг/ч [136].

Двухшнековые машины «Welding Engineers»
для сушки каучука выпускаются в исполне-
нии, представленном на рис. 100, согласно
которому одношнековый наклонно располо-
женный бесситчатый шнек-пресс объединен
с двухшнековым испарителем в единый ком-
пактный агрегат (см. также раздел 3.5.2).
Характерными для этого агрегата, кроме того,
являются «противоходные» дегазационные
отверстия и малая длина вспомогательного
(«смежного») шнека. Последний заканчивается

Рис. 103. Различные
типы зон дегазации
шнековых испарите-
лей производства
«Welding Engineers»:
I — секция загрузки
или противоточной дега-
зации, L : D = 7 : 1;
II — секция загрузки
материала при противо-
точной дегазации,

L • D = 7 : 1; III — глу-
хая (замкнутая) секция,
L : D = 5 : 1;	10:1;

15 : 1; IV — дегазацион-
ная секция с круглым
отверстием, L : D =
==12:1; V — дегазаци-
онная секция с прямо-
угольным отверстием,
L : D == 12 : 1; VI—сек-
ция выгрузки ДЛЯ ОД-
НОГО шнека, L : D =

= 6 : Г, 9 : 1; 12 : 1.

еще до дегазационной камеры (воронки) прямоугольного сечения
напорным элементом, эффективность которого регулируется за счет
положения поршня. Напорный элемент способствует тому, что
влажный материал может быть под давлением нагрет до темпера-
туры, превышающей температуру кипения воды. Когда материал
Х.ГЕРРМАН

ШНЕКОВЫЕ
МАШИНЫ
В ТЕХНОЛОГИИ

«химия»