通過減小固結力改善固體流動性的方法和設備的制作方法

專利名稱：通過減小固結力改善固體流動性的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及松散輸送和/或儲存具有隨時間獲得內聚強度和發生固結趨勢的顆粒狀或粉末狀材料的方法和設備。更具體說，本發明涉及從儲存和/或運輸容器中取出有內聚性松散固體的方法和設備。
背景技術：
迄今為止，彈性體或橡膠狀材料如乙烯-α-烯烴和乙烯-α-烯烴-二烯，以及聚二烯烴和乙烯基芳香族化合物的聚合物都是從淤漿法或溶液法制備的，這些方法都得到非顆粒狀或非粉末狀的彈性體產品，以成包的形式供商業應用。隨著發現這些彈性體或橡膠可以優選在惰性顆粒狀材料存在下，以氣相流態化的方法制造，這些彈性體在氣相反應器系統排出時是以顆粒或粉末的形式存在，并且不是以成包的方式排出。然而，與其成包形式不同，這些顆粒狀或粉末狀的由氣相方法產生的彈性體材料，隨時間表現出獲得內聚強度的傾向，因此當其以松散狀儲存或運輸時，會發生固結或緊密化。這進而使得當其儲存到期或到達目的地時，難以卸出這些材料。
有需要緩解或降低這些材料的裝卸問題，并且提供一種低成本的手段來以松散的形式將這些彈性體材料和其它類似的材料運送給消費者。
附圖的簡要說明

圖1是柵格室的示意圖和圓柱狀儲存容器的縱向視圖。在圖1中，1是縮口料斗，可以由任何材料制造，比如不銹鋼或碳鋼、塑料、玻璃等。2是圓柱形截面的容器壁，3是卸料裝置(比如一種插入件)；而4是容器出口。
圖2是長方形運輸容器，比如一個料斗車的俯視示意圖，在容器中插入了柵格室。在圖2中，1是容器的垂直側面，2是縮口料斗，3是容器的出口，而4是一種卸料裝置(插入件)或柵格室。
發明概述因此，提供了一種改善容器中松散固體材料流動性能的方法，該方法包括提供一種插入件，以減小材料的凝結作用，特別是在底部或靠近底部處，或者接近容器出口處。
在一個優選的實施方案中，提供一種降低或消除在顆粒狀或粉末狀松散固體在容器中的固結力的方法，該方法包括如下步驟(1)確定該容器的內容積(Ⅵ)；(2)在該容器中插入至少一件具有兩個或多個室的插入件；以及(3)在容器中的所述室內加入所述顆粒狀或粉末狀的松散固體。
還提供一種設備，該設備包括一個具有兩個或多個室，裝在容器內部的插入件，能夠降低容器內的固結力，改善散裝固體材料的卸載能力。插入件的這些室可以是長方形的，或者是圓形(環狀)的。對于長方形的室，大多數室的高度與等效直徑的比值(H/ED)，或者說長方形室的高度與較短一側的長度比(H/B)等于或大于1.0，優選大于1.5。對于環狀的室(比如同心的環室)，大多數室的高度與任何兩室之間距離之比(H/D)等于或大于1.0，優選大于1.5。環狀插入件的中央環室的高度與中央環室直徑之比(H/d)等于或大于1.0，優選大于1.5。
發明詳述聚合物。可以從本發明獲益的彈性體或橡膠狀材料是比如在氣相法中制造的彈性體聚合物，如采用氣體流態化反應器或使用機械攪拌輔助的氣體流態化反應器的那些。在比如美國專利4,994,534、5,304,588、5,317,036、5,453,471和WO96/04322和WO96/04323中公開的方法制造這樣的彈性體聚合物。在這些方法中制造的彈性體是顆粒狀或粉末狀的，其平均直徑為大約0.001mm～5mm，優選為大約0.001mm～2mm，最優選為大約0.001～1mm。一般說來，這些聚合物是在一種或幾種惰性顆粒材料(如二氧化硅、碳黑、粘土、滑石、活性炭、改性碳黑等)存在下，在其粘結或軟化溫度或之上聚合的，以制造的聚合物顆粒的總重量為基礎計，這些惰性顆粒的量為大約0.3～80wt％，優選大約4～75wt％，最優選為大約4～40wt％。
可以在本發明中使用的這些彈性體的例子包括但不限于聚異戊二烯、聚丁二烯、丁二烯與苯乙烯的共聚物、丁二烯與丙烯腈的共聚物、丁二烯與異戊二烯的共聚物、丁二烯和異戊二烯及苯乙烯的聚合物、丁二烯和丙烯腈及苯乙烯的聚合物、異丁烯和異戊二烯的聚合物、乙烯和3～12個碳原子的α-烯烴的聚合物(如乙烯-丙烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物)、乙烯和3～12個碳原子的α-烯烴(如丙烯)及非共軛二烯烴(這樣的非共軛二烯烴可能包括比如亞乙基冰片烯、己二烯、二環戊二烯和辛二烯，如甲基辛二烯)的聚合物，以及它們的混合物。
方法。在氣相中制造的上述聚合物，在從反應器流出時是顆粒狀、粉末狀的自由流動的顆粒。這些聚合物無須研磨或粉化。
然而，在以松散的形式儲存和運輸的過程中，這些材料具有固結或致密的趨勢，隨時間獲得內聚強度。一般說來，固結或致密是在大約0.5～10.0磅/ft3的范圍。本方法和設備限制了在具有一個料倉(容器的上段具有垂直側壁)和一個料斗(在料倉和出口之間具有至少一個傾斜側面)的容器中處于靜止狀態的內聚材料的固結。這樣的容器可以包括比如儲存料倉和地下料倉、料斗車和軌道車。
本發明的原理可以應用于長方形和圓柱形的容器。
在一個容器中，在沒有本發明的時候，按照Andrew W.Jenike所提出的流動原理(見《松散固體的重力流動》(Gravity Flow of BulkSolids)Bull.108,University of Utah Engineering ExperimentStation,1961年10月和Bull.123,1964年11月)，材料在容器中會被壓實或將被壓實，壓實的程度取決于容器的形狀和聚合物產品的裝填(壓實)特性。當發生壓實時，該材料形成了拱(或者說橋)，它可以承受一定的應力，借此將負荷傳遞給容器壁或側壁，其結果是拱(架空或橋)的形式防止或顯著減小了材料從容器中流出的能力。在此情況下，在材料開始流動之前，須要施加一個力以毀壞此拱。因為重新設計裝有材料的容器是不切實際的，本發明的設備用作流動補償裝置。
在本發明的方法中，要裝入松散材料的容器安裝有至少一個插入件(或柵格)，該插入件具有至少兩個或多個室，優選具有多個室。此柵格被安裝在容器中，使得能防止靠近容器出口的材料完全固結，這樣就可以利用重力卸載內聚聚合物材料。一旦將柵格裝入容器，此柵格可以整齊地，也可以不是整齊地裝入容器。優選將柵格整齊地或牢固地裝入容器，使用或不使用物理連接，比如使用螺栓或夾緊裝置固定在容器壁上。此柵格可以用任何適當的或與給定的松散固體相容的材料制成，以保持其形狀和形式。典型的建造材料包括比如碳鋼、不銹鋼、塑料、苯乙烯泡沫、紙板等。在此容器中，柵格可以通過焊接、膠結(比如用粘結劑)、機械固定或滑動配合來安裝。
在容器內可以有一個或多個插入件。當使用多個插入件時，它們是這樣放在容器內，它們可以彼此接觸，也可以被一些松散材料分隔開。當插入件被一些松散材料分隔開時，分隔插入件的材料的量所產生的固結力不應該超過為計算該插入件的室上所需的最小開孔時使用的固結力。
縮口料斗、圓柱狀的段和容器的出口經常是固定為現有的物理形狀。當出現這種情況時，對于本發明，是隨后在容器中加入卸載柵格。
一旦把柵格放入容器，把固體材料裝入到被安裝的柵格的所述室中。可以使用任何常用的方法使材料充入該室中。這樣的方法可以包括比如輸送材料的真空或稀釋相，然后通過溜槽靠重力將材料加入到容器中，或使用帶有重力加載系統的機械撒布機。
設備.實施本發明適當的設備如圖1(用于圓柱狀容器的柵格或插入件)和圖2(用于長方形容器的柵格或插入件)所示。
在圖1中，顯示了一個具有縮口料斗(1)、一個圓柱狀段的容器壁(2)和一個本發明卸載裝置(3)和位于容器底部的容器出口(4)的容器。所顯示的容器在圓柱狀容器的頂部具有一個入口開孔(未顯示)。卸載裝置(3)由多個同心環組成。此卸載裝置的中央環的直徑(d)等于或大于基于材料的瞬時流動數據的圓錐形通道所需的最小料倉開孔。任何兩個環之間的距離(D)等于或大于基于材料的瞬時流動數據的平面流動通道所需的最小開孔。圓錐形或平面流動通道的所需最小料倉開孔是按照Andrew W.Jenike所定義的程序計算的(見《松散固體的重力流動》(Gravity Flow of Bulk Solids)Bull.108,University of Utah Engineering Experiment Station,1961年10月和Bull.123,1964年11月)。柵格(或插入件)的高度(H)等于圓錐形通道所需的最小開孔，它優選大于1.5倍。在本發明中，優選將卸載柵格(3)(在圓周和縱向視圖上都有顯示)加入到容器中。
在圖2中，顯示了具有縮口料斗(2)、容器出口(3)、容器垂直側壁(1)和本發明的卸載裝置(4)或柵格室的長方形輸送容器的俯視圖。該柵格室的壁(或側壁)之間的開孔是長方形或正方形的。用L(長側)和B(短側)表示開孔的尺寸。如果L與B的比值(L/B)等于或大于3，則柵格壁之間開孔的等效直徑就等于或大于如上所述基于Jenike理論的圓錐形通道所需的最小料倉開孔。等效直徑是一種數學構思，它使幾何形狀的截面面積與具有相同面積的圓發生關系。
非圓形狀等效直徑的計算方法是確定與所研究的形狀具有相同截面面積的圓的直徑。比如，一個長邊尺寸為2，短邊尺寸為1的長方形室，此長方形室的等效直徑將等于ED=4Aπ]]>這里，A等于長方形室的面積(L×B)，而ED等于等效直徑，或者在上述例子中等于1.60。如果L與B的比值(L/B)大于3.0,B就等于或大于平面流動通道所需的最小料倉開孔。柵格的高度(H)等于對于圓錐形或平面流動通道所需的最小料倉開孔，它優選大于1.5。入口開孔裝置(未顯示)位于此輸送容器的頂部。
優選地，柵格的單個室的側壁具有粗糙的表面而不是光滑的，以給松散的固體提供附加的摩擦力。結構材料本身可以是粗糙的，如碳鋼，或者可以是噴上或涂上磨耗化合物，比如Wisconsin涂料公司的Plaite4310。
柵格室壁的厚度除了機械強度的要求以保持其形狀以外不具有最小尺寸。此厚度一般可以是0.0635英寸至0.250英寸。
本發明的方法和/或設備可以與裝卸松散固體材料的其它現有技術結合使用。這些方法可以包括比如，將某些形式的能量傳遞給材料使其活化流動，一般是破碎材料中的內聚結構。在目前工業使用時，使用震動設備是最為重要的。意圖在料斗車或松散儲存料倉使用的商用震動裝置可以從許多供應商得到。另一種流行的裝置使用了高壓氣體，排放到松散的材料上將其粉碎并誘導其流動。一般已知其為“爆破機”的裝置使用了壓縮空氣的能量來破碎，并在內聚松散材料中誘導流動。經常把氣體引向所需排氣的方向。另一個誘導流動的方法涉及力圖流態化或鼓風吹起松散固體的裝置，這樣就減小了儲存容器和松散材料本身之間的摩擦力。美國專利4,617,868敘述了一種料斗車卸載系統，它在車的傳送料斗中包括了一系列流態化傳送帶。美國專利4,880,148還公開了流態化墊系統作為料斗車出口底部的改型，以降低出口區的摩擦力。上述的所有這些方法對于固結/壓實的高度內聚的材料都不能很好地工作。
本發明的本質不同在于，卸載柵格的作用是防止在靠近容器或料斗車出口處松散材料的固結。結果是，松散材料通過重力或者用上述的裝置稍微協助就能夠流動。
在本文中所引用的所有文獻都并入本文作為參考。
下面給出實施例用來說明本發明，一定不對其構成限制。除非另有說明，所有份數和百分比都是基于重量的。
實施例進行幾個實驗以顯示本發明。實驗程序涉及建造料斗車模擬裝置。該模擬器包括一個3ft寬，5ft長的料倉。不包括在底部的圓縮口料斗段的料倉深3ft。在主長度方向上收斂的料斗與尺寸為1ft×5ft的出口成45°角。用鋪在底部的膠合板封蓋來調節出口尺寸。在試驗制中使用了兩組柵格。第一組柵格是使用兩種金屬板制造的，一種長5ft，高1.33ft，另一種長3ft，高1.33ft，它們把料斗車模擬裝置分隔成15個等尺寸的室。每個室長1ft，寬1ft，高1.33ft。第二個柵格是第一個柵格的改型。與模擬裝置側壁的長側相鄰的室再分隔為兩個室。這導致該模擬裝置側壁長側相鄰的室長1ft，寬6英寸，高1.33ft，而在模擬裝置中間的室長1ft，寬1ft，高1.33ft。
在此情況下待測試的松散材料是Union Carbide公司的ElastoflowTMEPDM，將其放入帶柵格和不帶柵格的模擬裝置中。放入與13ft高的材料重量相等的金屬重物，均勻地分布在測試材料的頂部，以模擬在料斗車上面完全的負荷。在這一點上，將模擬器移到恒溫房中放置規定的時間進行調理。所有的調理都設置成，將材料加熱到40～45℃，然后在此設定溫度下保持3天。
對照組實施例一系列實驗的對照組是從上述的模擬器直接進行重力卸載，但沒有安裝卸載柵格。幾個實驗顯示，在沒有卸載柵格存在下，顆粒狀EPDM僅僅在最高暴露溫度為40℃的條件下才能夠卸載。在高于40℃的溫度下暴露導致EPDM嚴重固結，不能通過重力從模擬器中卸載。即使使用傳統的機械裝置，包括震動器和空氣爆破器此條件依然。不管震動器使用多長時間，聚合物仍然在模擬裝置中。
實施例1.用H/ED等于1.2的第一種柵格進行測試，其部分成功是因為，雖然測試材料的整體能夠容易從模擬器中卸載，但與壁接觸的材料經受固結而不能卸載。其原因似乎是模擬器縮口料斗的壁給材料提供了附加的摩擦支持。
實施例2。基于實施例1的結果，改進第二種柵格，讓其外室的等效H/ED高于第一種。第二種柵格外室的H/ED為1.67。由于使用了更高的H/WD，明顯降低了在縮口料斗處的固結力。此改進導致在與對照組實施例和實施例1相同的溫度和壓力條件下能夠完全卸載。
權利要求
1．一種設備，它包括安裝在容器內的插入件，致使容器內的固結力最小，改善了松散裝卸固體材料的能力。
2．如權利要求1的設備，其中插入件包括一個具有兩個或多個長方形室的柵格，其中每個長方形室的長邊與短邊之比小于3.0；大多數室的高度與等效直徑之比H/ED等于或大于1.0；而且等效直徑等于或大于圓錐形通道的最小料倉開孔。
3．如權利要求1的設備，其中插入件包括一個具有兩個或多個長方形室的柵格，其中每個長方形室的長邊與短邊之比等于或大于3；大多數室的高度與室的短邊長度的比H/B等于或大于1.0；而且室的短邊長度等于或大于平面流動通道的最小開孔。
4．如權利要求1的設備，其中插入件包括一個具有兩個或多個同心環室的柵格，其中插入件中央環室的直徑(d)等于或大于圓錐形通道的最小料倉開孔；中央環室的高度與直徑之比H/d等于或大于1.0；任何兩個同心環室之間的距離(D)等于或大于平面流動通道的最小開孔；而且大多數室的高度與室間距之比H/D等于或大于1.0。
5．改善容器中松散固體材料流動性的方法，該方法包括以下步驟(1)確定容器的內容積(Ⅵ)；(2)向容器內插入至少一個具有兩個或多個室的插入件；以及(3)向容器內裝入所述松散固體。
6．如權利要求1的方法，其中的松散固體是聚合物。
7．如權利要求6的方法，其中的聚合物選自聚異戊二烯、聚丁二烯、丁二烯與苯乙烯的共聚物、丁二烯與丙烯腈的共聚物、丁二烯與異戊二烯的共聚物、丁二烯和異戊二烯及苯乙烯的聚合物、丁二烯和丙烯腈及苯乙烯的聚合物、異丁烯和異戊二烯的聚合物、乙烯和3～12個碳原子的α-烯烴的聚合物、乙烯和3～12個碳原子的α-烯烴及非共軛二烯烴的聚合物，以及它們的混合物。
8．如權利要求7的方法，其中聚合物是用氣相法制造的。
9．如權利要求7的方法，其中聚合物的平均直徑為大約0.001mm至5mm并含有惰性顆粒材料，其含量基于該聚合物總重量為大約0.3～80wt％。
10．如權利要求9的方法，其中聚合物是在惰性顆粒材料存在下，在氣相中制造的乙烯-丙烯-二烯烴的三元共聚物。
全文摘要
提供了一種使用具有兩個或多個室的柵格的方法和設備,其中大多數室的高度(H)與等效直徑(ED)之比(H/ED)等于或大于1.0,優選等于或大于1.5,用來降低或消除在比如用于儲存和運輸的容器內,作用于松散固體上的固結力。
文檔編號B65D88/00GK1305427SQ99807184
公開日2001年7月25日 申請日期1999年6月8日 優先權日1998年6月9日
發明者T·W·卡伊, D·-F·王, J·F·坎茨, L·S·斯卡羅拉 申請人:聯合碳化化學品及塑料技術公司