Целенаправленное вибрационное и импульсно-волновое воздействие вызы-вает в обрабатываемой среде ряд специфических эффектов и явлений. Они могут оказывать стимулирующее, интенсифицирующее и оптимизирующее воздействие на ход технологических процессов. В течение последних десятилетий в России и за рубежом проводились работы по изысканию путей практического использования вибрационных эффектов в технологии полимеров. В СССР этим занимались НИИШП, НИИКП, ВНИКТИРП, НИИКГШ, ОНИЛ «Ультразвук», ВНИИНСМ, Институт машиноведения, ИХФ и ИНХС АН СССР, ИМП АН ЛССР, МИХМ, МИТХТ, ЛТИ, ЯрПИ, Владимирский химический завод и др. А за рубежом фирмы «Мишлен», «Юнироял», Институт по переработке пластмасс – IKV, «Энгель», «Бухер-Гюйер» и др. В 80–90-х годах работы по вибрационным импульсно-волновым техноло-гиям рассматривались в качестве авангардного рубежа одного из пяти направлений научно-технической революции и проводились в рамках Миннефтехимпрома СССР в соответствии с координационным планом АН СССР. Вибрационное смешение При вибрационной обработке низковязких жидких и многофазных сред технологические эффекты могут быть обусловлены как непосредственным воздействием на среду знакопеременных перемещений, скоростей и ускорений (т.н. вибрационными эффектами первого порядка), так и через вибрационные эффекты второго порядка (например, резонанс и кавитация). последние возникают при определенных условиях виброобработки и многократно усиливают действие эффектов первого порядка. Применительно к смешению низковязких жидкостей эффект резонанса мо-жет быть реализован в колебательных системах двух видов: в сосуде (реакторе) небольшой емкости, закрепленном сверху и снизу на пружинах, при этом роль упругого элемента выполняют пружины, а роль инерционного элемента – сосуд с жидкостью; а также в жестко закрепленном на вибростенде сосуде, содержащем газовые включения в виде роя пузырьков или локализованной газовой подушки, в которой роль упругого элемента выполняет локализованный в придонной области сосуда газ, а инерционного – столб жидкости над ним. Этот эффект был обнаружен профессором РАН в 70-х гг. и назван нелинейным резонансным эффектом. Вибровозбуждение газожидкостной среды может осуществляться также че-рез колеблющийся участок дна, с помощью виброэлемента в придонной области реактора или посредством вибрирующей перфорированной тарелки, пульсатора, или акустического излучателя. Такие колебательные системы имеют определенные собственные частоты колебаний, при совпадении которых с частотой возмущающей силы при незначительных энергозатратах виброгенератора возникает резонанс, сопровождающийся возникновением в реакторе значительных пульсаций давления и интенсивных турбулентных потоков. При этом наблюдается существенное ускорение микро- и макромасштабного перемешивания, теплообмена и химических превращений в виброреакторе. Первая схема резонансного вибросмешения (подпружиненный виброреак-тор) исследовалась на созданной в НИИШП опытной установке ЭГВИТУР для вибросинтеза форполимера, на базе гидравлического вибратора. Уста-новка состоит из емкости для подготовки сырья (разогрева и сушки), подпружиненного виброреактора (с рабочим объемом 8 л) для синтеза форполимера и пленочного дегазатора и гидравлического вибратора небольшой мощности. Резонанс в подпружиненном реакторе возникал в области частот 20–30 гц. Вторая схема резонансного виброперемешивания (нелинейный резонанс газожидкостной колебательной системы) исследовалась в рамках совместных работ с ИМАШ АН и НИИШП в сосуде, жестко закрепленном на плите электродинамического вибростенда. Резонанс в газовоздушной колебательной системе возникал при частотах 60–80 гц. Сопоставительный анализ этих схем проводился применительно к таким процессам технологии эластомеров, как синтез изоцианатного форполимера уретановой композиции, приготовление резиновых клеев и изготовление пластизолей. Экспериментальные исследования показали, что обе схемы в несколько раз ускоряют указанные процессы, при этом вторая схема более эффективна и обеспечивает сокращение технологических циклов изготовления форполимеров, клеев и пластизолей до 10–15 раз. Циклические знакопеременные и пульсирующие нагрузки, вызванные вибрацией, позволяют при небольшой средней мощности цикла колебаний реализовать в смеси достаточно большие пиковые значения касательных напряжений или сжимающих усилий, обеспечивающие интенсивное разрушение и распределение диспергируемой фазы. В червячных смесителях непрерывного действия пульсирующие нагрузки можно создавать за счет осциллирующего червяка или в узкощелевой дис-пергирующей головке, устанавливаемой на выходе из червячной машины. Червячные осциллирующие смесители (ЧОС) давно используются в технологической практике. В ЧОС фирмы «Бусс» используются осциллирующие червяки с прерывистой нарезкой, конструктивно увязанной с внутренними смесительными элементами в полости цилиндра. Высокочастотная (ультразвуковая) диспергирующая оснастка была разработана Отраслевой научно-исследовательской лабораторией (ОНИЛ) «Ультразвук» совместно с НИИШП. Испытания ЧОС и названных виброприставок показали, что их целесообразно использовать при изготовлении в непрерывном режиме олигомерных смесей, наполненных техническим углеродом (достигалась степень диспергирования 95% при среднеквадратичном диаметре агломератов недиспергированного техуглерода 8–10 мкм). Для разбавления, усреднения и перемешивания технических дисперсий (в частности, олигомеров с наполнителями или структурирующим агентом) целесообразно использовать устройство периодического действия с перфорированным диском, совершающим вращательное и осциллирующее движение. В нем смесь многократно проходит в осевом направлении через отверстия диска с образованием струй, которые за счет вращения эффективно перемешиваются в окружном направлении.
|
