专利名称：通过减小固结力改善固体流动性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及松散输送和/或储存具有随时间获得内聚强度和发生固结趋势的颗粒状或粉末状材料的方法和设备。更具体说，本发明涉及从储存和/或运输容器中取出有内聚性松散固体的方法和设备。
背景技术：
迄今为止，弹性体或橡胶状材料如乙烯-α-烯烃和乙烯-α-烯烃-二烯，以及聚二烯烃和乙烯基芳香族化合物的聚合物都是从淤浆法或溶液法制备的，这些方法都得到非颗粒状或非粉末状的弹性体产品，以成包的形式供商业应用。随着发现这些弹性体或橡胶可以优选在惰性颗粒状材料存在下，以气相流态化的方法制造，这些弹性体在气相反应器系统排出时是以颗粒或粉末的形式存在，并且不是以成包的方式排出。然而，与其成包形式不同，这些颗粒状或粉末状的由气相方法产生的弹性体材料，随时间表现出获得内聚强度的倾向，因此当其以松散状储存或运输时，会发生固结或紧密化。这进而使得当其储存到期或到达目的地时，难以卸出这些材料。
有需要缓解或降低这些材料的装卸问题，并且提供一种低成本的手段来以松散的形式将这些弹性体材料和其它类似的材料运送给消费者。
附图的简要说明
图1是栅格室的示意图和圆柱状储存容器的纵向视图。在图1中，1是缩口料斗，可以由任何材料制造，比如不锈钢或碳钢、塑料、玻璃等。2是圆柱形截面的容器壁，3是卸料装置(比如一种插入件)；而4是容器出口。
图2是长方形运输容器，比如一个料斗车的俯视示意图，在容器中插入了栅格室。在图2中，1是容器的垂直侧面，2是缩口料斗，3是容器的出口，而4是一种卸料装置(插入件)或栅格室。
发明概述因此，提供了一种改善容器中松散固体材料流动性能的方法，该方法包括提供一种插入件，以减小材料的凝结作用，特别是在底部或靠近底部处，或者接近容器出口处。
在一个优选的实施方案中，提供一种降低或消除在颗粒状或粉末状松散固体在容器中的固结力的方法，该方法包括如下步骤(1)确定该容器的内容积(Ⅵ)；(2)在该容器中插入至少一件具有两个或多个室的插入件；以及(3)在容器中的所述室内加入所述颗粒状或粉末状的松散固体。
还提供一种设备，该设备包括一个具有两个或多个室，装在容器内部的插入件，能够降低容器内的固结力，改善散装固体材料的卸载能力。插入件的这些室可以是长方形的，或者是圆形(环状)的。对于长方形的室，大多数室的高度与等效直径的比值(H/ED)，或者说长方形室的高度与较短一侧的长度比(H/B)等于或大于1.0，优选大于1.5。对于环状的室(比如同心的环室)，大多数室的高度与任何两室之间距离之比(H/D)等于或大于1.0，优选大于1.5。环状插入件的中央环室的高度与中央环室直径之比(H/d)等于或大于1.0，优选大于1.5。
发明详述聚合物。可以从本发明获益的弹性体或橡胶状材料是比如在气相法中制造的弹性体聚合物，如采用气体流态化反应器或使用机械搅拌辅助的气体流态化反应器的那些。在比如美国专利4,994,534、5,304,588、5,317,036、5,453,471和WO96/04322和WO96/04323中公开的方法制造这样的弹性体聚合物。在这些方法中制造的弹性体是颗粒状或粉末状的，其平均直径为大约0.001mm～5mm，优选为大约0.001mm～2mm，最优选为大约0.001～1mm。一般说来，这些聚合物是在一种或几种惰性颗粒材料(如二氧化硅、碳黑、粘土、滑石、活性炭、改性碳黑等)存在下，在其粘结或软化温度或之上聚合的，以制造的聚合物颗粒的总重量为基础计，这些惰性颗粒的量为大约0.3～80wt％，优选大约4～75wt％，最优选为大约4～40wt％。
可以在本发明中使用的这些弹性体的例子包括但不限于聚异戊二烯、聚丁二烯、丁二烯与苯乙烯的共聚物、丁二烯与丙烯腈的共聚物、丁二烯与异戊二烯的共聚物、丁二烯和异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、异丁烯和异戊二烯的聚合物、乙烯和3～12个碳原子的α-烯烃的聚合物(如乙烯-丙烯聚合物、乙烯-丁烯聚合物)、乙烯和3～12个碳原子的α-烯烃(如丙烯)及非共轭二烯烃(这样的非共轭二烯烃可能包括比如亚乙基冰片烯、己二烯、二环戊二烯和辛二烯，如甲基辛二烯)的聚合物，以及它们的混合物。
方法。在气相中制造的上述聚合物，在从反应器流出时是颗粒状、粉末状的自由流动的颗粒。这些聚合物无须研磨或粉化。
然而，在以松散的形式储存和运输的过程中，这些材料具有固结或致密的趋势，随时间获得内聚强度。一般说来，固结或致密是在大约0.5～10.0磅/ft3的范围。本方法和设备限制了在具有一个料仓(容器的上段具有垂直侧壁)和一个料斗(在料仓和出口之间具有至少一个倾斜侧面)的容器中处于静止状态的内聚材料的固结。这样的容器可以包括比如储存料仓和地下料仓、料斗车和轨道车。
本发明的原理可以应用于长方形和圆柱形的容器。
在一个容器中，在没有本发明的时候，按照Andrew W.Jenike所提出的流动原理(见《松散固体的重力流动》(Gravity Flow of BulkSolids)Bull.108,University of Utah Engineering ExperimentStation,1961年10月和Bull.123,1964年11月)，材料在容器中会被压实或将被压实，压实的程度取决于容器的形状和聚合物产品的装填(压实)特性。当发生压实时，该材料形成了拱(或者说桥)，它可以承受一定的应力，借此将负荷传递给容器壁或侧壁，其结果是拱(架空或桥)的形式防止或显著减小了材料从容器中流出的能力。在此情况下，在材料开始流动之前，须要施加一个力以毁坏此拱。因为重新设计装有材料的容器是不切实际的，本发明的设备用作流动补偿装置。
在本发明的方法中，要装入松散材料的容器安装有至少一个插入件(或栅格)，该插入件具有至少两个或多个室，优选具有多个室。此栅格被安装在容器中，使得能防止靠近容器出口的材料完全固结，这样就可以利用重力卸载内聚聚合物材料。一旦将栅格装入容器，此栅格可以整齐地，也可以不是整齐地装入容器。优选将栅格整齐地或牢固地装入容器，使用或不使用物理连接，比如使用螺栓或夹紧装置固定在容器壁上。此栅格可以用任何适当的或与给定的松散固体相容的材料制成，以保持其形状和形式。典型的建造材料包括比如碳钢、不锈钢、塑料、苯乙烯泡沫、纸板等。在此容器中，栅格可以通过焊接、胶结(比如用粘结剂)、机械固定或滑动配合来安装。
在容器内可以有一个或多个插入件。当使用多个插入件时，它们是这样放在容器内，它们可以彼此接触，也可以被一些松散材料分隔开。当插入件被一些松散材料分隔开时，分隔插入件的材料的量所产生的固结力不应该超过为计算该插入件的室上所需的最小开孔时使用的固结力。
缩口料斗、圆柱状的段和容器的出口经常是固定为现有的物理形状。当出现这种情况时，对于本发明，是随后在容器中加入卸载栅格。
一旦把栅格放入容器，把固体材料装入到被安装的栅格的所述室中。可以使用任何常用的方法使材料充入该室中。这样的方法可以包括比如输送材料的真空或稀释相，然后通过溜槽靠重力将材料加入到容器中，或使用带有重力加载系统的机械撒布机。
设备.实施本发明适当的设备如图1(用于圆柱状容器的栅格或插入件)和图2(用于长方形容器的栅格或插入件)所示。
在图1中，显示了一个具有缩口料斗(1)、一个圆柱状段的容器壁(2)和一个本发明卸载装置(3)和位于容器底部的容器出口(4)的容器。所显示的容器在圆柱状容器的顶部具有一个入口开孔(未显示)。卸载装置(3)由多个同心环组成。此卸载装置的中央环的直径(d)等于或大于基于材料的瞬时流动数据的圆锥形通道所需的最小料仓开孔。任何两个环之间的距离(D)等于或大于基于材料的瞬时流动数据的平面流动通道所需的最小开孔。圆锥形或平面流动通道的所需最小料仓开孔是按照Andrew W.Jenike所定义的程序计算的(见《松散固体的重力流动》(Gravity Flow of Bulk Solids)Bull.108,University of Utah Engineering Experiment Station,1961年10月和Bull.123,1964年11月)。栅格(或插入件)的高度(H)等于圆锥形通道所需的最小开孔，它优选大于1.5倍。在本发明中，优选将卸载栅格(3)(在圆周和纵向视图上都有显示)加入到容器中。
在图2中，显示了具有缩口料斗(2)、容器出口(3)、容器垂直侧壁(1)和本发明的卸载装置(4)或栅格室的长方形输送容器的俯视图。该栅格室的壁(或侧壁)之间的开孔是长方形或正方形的。用L(长侧)和B(短侧)表示开孔的尺寸。如果L与B的比值(L/B)等于或大于3，则栅格壁之间开孔的等效直径就等于或大于如上所述基于Jenike理论的圆锥形通道所需的最小料仓开孔。等效直径是一种数学构思，它使几何形状的截面面积与具有相同面积的圆发生关系。
非圆形状等效直径的计算方法是确定与所研究的形状具有相同截面面积的圆的直径。比如，一个长边尺寸为2，短边尺寸为1的长方形室，此长方形室的等效直径将等于ED=4Aπ]]>这里，A等于长方形室的面积(L×B)，而ED等于等效直径，或者在上述例子中等于1.60。如果L与B的比值(L/B)大于3.0,B就等于或大于平面流动通道所需的最小料仓开孔。栅格的高度(H)等于对于圆锥形或平面流动通道所需的最小料仓开孔，它优选大于1.5。入口开孔装置(未显示)位于此输送容器的顶部。
优选地，栅格的单个室的侧壁具有粗糙的表面而不是光滑的，以给松散的固体提供附加的摩擦力。结构材料本身可以是粗糙的，如碳钢，或者可以是喷上或涂上磨耗化合物，比如Wisconsin涂料公司的Plaite4310。
栅格室壁的厚度除了机械强度的要求以保持其形状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。
本发明的方法和/或设备可以与装卸松散固体材料的其它现有技术结合使用。这些方法可以包括比如，将某些形式的能量传递给材料使其活化流动，一般是破碎材料中的内聚结构。在目前工业使用时，使用震动设备是最为重要的。意图在料斗车或松散储存料仓使用的商用震动装置可以从许多供应商得到。另一种流行的装置使用了高压气体，排放到松散的材料上将其粉碎并诱导其流动。一般已知其为“爆破机”的装置使用了压缩空气的能量来破碎，并在内聚松散材料中诱导流动。经常把气体引向所需排气的方向。另一个诱导流动的方法涉及力图流态化或鼓风吹起松散固体的装置，这样就减小了储存容器和松散材料本身之间的摩擦力。美国专利4,617,868叙述了一种料斗车卸载系统，它在车的传送料斗中包括了一系列流态化传送带。美国专利4,880,148还公开了流态化垫系统作为料斗车出口底部的改型，以降低出口区的摩擦力。上述的所有这些方法对于固结/压实的高度内聚的材料都不能很好地工作。
本发明的本质不同在于，卸载栅格的作用是防止在靠近容器或料斗车出口处松散材料的固结。结果是，松散材料通过重力或者用上述的装置稍微协助就能够流动。
在本文中所引用的所有文献都并入本文作为参考。
下面给出实施例用来说明本发明，一定不对其构成限制。除非另有说明，所有份数和百分比都是基于重量的。
实施例进行几个实验以显示本发明。实验程序涉及建造料斗车模拟装置。该模拟器包括一个3ft宽，5ft长的料仓。不包括在底部的圆缩口料斗段的料仓深3ft。在主长度方向上收敛的料斗与尺寸为1ft×5ft的出口成45°角。用铺在底部的胶合板封盖来调节出口尺寸。在试验制中使用了两组栅格。第一组栅格是使用两种金属板制造的，一种长5ft，高1.33ft，另一种长3ft，高1.33ft，它们把料斗车模拟装置分隔成15个等尺寸的室。每个室长1ft，宽1ft，高1.33ft。第二个栅格是第一个栅格的改型。与模拟装置侧壁的长侧相邻的室再分隔为两个室。这导致该模拟装置侧壁长侧相邻的室长1ft，宽6英寸，高1.33ft，而在模拟装置中间的室长1ft，宽1ft，高1.33ft。
在此情况下待测试的松散材料是Union Carbide公司的ElastoflowTMEPDM，将其放入带栅格和不带栅格的模拟装置中。放入与13ft高的材料重量相等的金属重物，均匀地分布在测试材料的顶部，以模拟在料斗车上面完全的负荷。在这一点上，将模拟器移到恒温房中放置规定的时间进行调理。所有的调理都设置成，将材料加热到40～45℃，然后在此设定温度下保持3天。
对照组实施例一系列实验的对照组是从上述的模拟器直接进行重力卸载，但没有安装卸载栅格。几个实验显示，在没有卸载栅格存在下，颗粒状EPDM仅仅在最高暴露温度为40℃的条件下才能够卸载。在高于40℃的温度下暴露导致EPDM严重固结，不能通过重力从模拟器中卸载。即使使用传统的机械装置，包括震动器和空气爆破器此条件依然。不管震动器使用多长时间，聚合物仍然在模拟装置中。
实施例1.用H/ED等于1.2的第一种栅格进行测试，其部分成功是因为，虽然测试材料的整体能够容易从模拟器中卸载，但与壁接触的材料经受固结而不能卸载。其原因似乎是模拟器缩口料斗的壁给材料提供了附加的摩擦支持。
实施例2。基于实施例1的结果，改进第二种栅格，让其外室的等效H/ED高于第一种。第二种栅格外室的H/ED为1.67。由于使用了更高的H/WD，明显降低了在缩口料斗处的固结力。此改进导致在与对照组实施例和实施例1相同的温度和压力条件下能够完全卸载。
权利要求
1．一种设备，它包括安装在容器内的插入件，致使容器内的固结力最小，改善了松散装卸固体材料的能力。
2．如权利要求1的设备，其中插入件包括一个具有两个或多个长方形室的栅格，其中每个长方形室的长边与短边之比小于3.0；大多数室的高度与等效直径之比H/ED等于或大于1.0；而且等效直径等于或大于圆锥形通道的最小料仓开孔。
3．如权利要求1的设备，其中插入件包括一个具有两个或多个长方形室的栅格，其中每个长方形室的长边与短边之比等于或大于3；大多数室的高度与室的短边长度的比H/B等于或大于1.0；而且室的短边长度等于或大于平面流动通道的最小开孔。
4．如权利要求1的设备，其中插入件包括一个具有两个或多个同心环室的栅格，其中插入件中央环室的直径(d)等于或大于圆锥形通道的最小料仓开孔；中央环室的高度与直径之比H/d等于或大于1.0；任何两个同心环室之间的距离(D)等于或大于平面流动通道的最小开孔；而且大多数室的高度与室间距之比H/D等于或大于1.0。
5．改善容器中松散固体材料流动性的方法，该方法包括以下步骤(1)确定容器的内容积(Ⅵ)；(2)向容器内插入至少一个具有两个或多个室的插入件；以及(3)向容器内装入所述松散固体。
6．如权利要求1的方法，其中的松散固体是聚合物。
7．如权利要求6的方法，其中的聚合物选自聚异戊二烯、聚丁二烯、丁二烯与苯乙烯的共聚物、丁二烯与丙烯腈的共聚物、丁二烯与异戊二烯的共聚物、丁二烯和异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、异丁烯和异戊二烯的聚合物、乙烯和3～12个碳原子的α-烯烃的聚合物、乙烯和3～12个碳原子的α-烯烃及非共轭二烯烃的聚合物，以及它们的混合物。
8．如权利要求7的方法，其中聚合物是用气相法制造的。
9．如权利要求7的方法，其中聚合物的平均直径为大约0.001mm至5mm并含有惰性颗粒材料，其含量基于该聚合物总重量为大约0.3～80wt％。
10．如权利要求9的方法，其中聚合物是在惰性颗粒材料存在下，在气相中制造的乙烯-丙烯-二烯烃的三元共聚物。
全文摘要
提供了一种使用具有两个或多个室的栅格的方法和设备,其中大多数室的高度(H)与等效直径(ED)之比(H/ED)等于或大于1.0,优选等于或大于1.5,用来降低或消除在比如用于储存和运输的容器内,作用于松散固体上的固结力。
文档编号B65D88/00GK1305427SQ99807184
公开日2001年7月25日 申请日期1999年6月8日 优先权日1998年6月9日
发明者T·W·卡伊, D·-F·王, J·F·坎茨, L·S·斯卡罗拉 申请人:联合碳化化学品及塑料技术公司