Verfahren zum Überziehen fester Teilchen mit einer Flüssigkeit und
Apparat zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf das Überziehen fester Teilchen mit einer Flüssigkeit und ist insbesondere in allen Fällen anwendbar, in welchen das Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff klein oder sehr klein ist. Beispielsweise könnte ein solches Verfahren Anwendung finden beim Überziehen von natürlichen oder synthetischen, faserigen Teilchen, wie beispielsweise Holzspäne oder -schnitzel, mit einem flüssigen Harz, einer Harzlösung oder einer Harzsuspension, und zwar besonders dann, wenn eine solche Mischung nachher durch Anwendung von Wärme oder Druck in eine vorbestimmte Form, beispielsweise Tafeln, geformt wird. In einem solchen Fall könnte das Verhältnis der Flüssigkeit zum Teilchenmaterial im Bereich von beispielsweise 2 bis 20 O/o liegen.
Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, ein solches Überziehen im Vergleich zu früheren Verfahren in einer sehr kurzen Zeit auszuführen.
Bisher für diese Art von Überziehung allgemein verwendete Apparate bestehen im wesentlichen entweder aus einem sich drehenden Behälter oder aus einem sich rasch drehenden Rührer in einem stillstehenden Behälter. Diese beiden Arten von Maschinen haben den Nachteil, dass erstens die Oberfläche einer gehäuften Masse von Spänen bespritzt werden muss, dass zweitens, wegen raschen Veränderungen der zu bespritzenden Oberflächenschichten, eine Übertragung der Flüssigkeit durch Berührung zwischen bespritztem Material und unbespritztem Material stattfindet und dass schliesslich der Mischvorgang ein solcher ist, dass nach Aufhören der Zwischenteilchenübertragung eine möglichst gleichmässige Verteilung der bespritzten und unbespritzten Teilchen vorhanden ist.
Ferner müssen solche Maschinen beträchtliche Mengen des Teilchenmaterials aufnehmen, um einen Flüssigkeitsverlust infolge Auftreffens des Spritzmaterials auf die Wandungen des Behälters zu verhindern, was von besonderer Wichtigkeit ist, wenn die Flüssigkeit eine Harzlösung oder -suspension ist, da die fortschreitende Anlagerung an den Behälterwandungen schliesslich zur Folge hat, dass sich Klumpen von angesammeltem Harz und Spänen im Gemisch befinden werden. Dieses Grossquantum-Bedürfnis verlangsamt den Durchlauf der einzelnen Teilchen, so dass im Fall eines Harz-Span-Gemisches das Erhärten des Harzes in Gegenwart von Härtungsmitteln unter Umständen bereits unerwünscht fortgeschritten ist, bevor das Material die Mischmaschine verlässt; Aufenthaltszeiten können in solchen Fällen von der Grössenordnung von 4 bis 10 Minuten sein.
Ein früherer Vorschlag, diese Nachteile zu beseitigen, bestand darin, einen Schnelldurchsatzmischer zu verwenden, in welchem ein Vorhang aus Material gebildet wird, den man durch eine Zone eines Strahls flüssigen Harzes fallen lässt. Obwohl theoretisch vollkommen, führt diese Lösung zu einer Anzahl praktischer Schwierigkeiten; um eine gleichmässige Verteilung sicherzustellen, muss ein gleichmässiger Vorhang des Strahls und des Materials erzielt werden, und der Vorhang der festen Teilchen muss von solcher Dichte sein, dass der Strahl entweder von beiden Seiten gleichzeitig den Vorhang etwas mehr als zur Hälfte oder von der einen Seite her die ganze Dicke des Vorhanges durchdringt, da sonst ein Teil der festen Teilchen unbehandelt bleibt oder ein Teil des Harzes glatt durch den Vorhang hindurchgeht und verlorengeht.
Da die Dichte des Vorhanges an einer gegebenen Stelle nicht nur mit dem Gewicht des zugeführten Materials, sondern auch mit der Massendichte und der Schlussfallgeschwindigkeit variiert, wäre es schwierig, sogar bei sehr gleichmässigen Materialien die Vorhangdichte zu beherrschen, und bei nah unmöglich mit der Art von Material, welches in der Praxis gewöhnlich verwendet würde.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens, einen fallenden Vorhang von Teilchenmaterial in solcher Weise zu bespritzen, ohne dass eine gleichmässige Verteilung der Teilchen oder des Strahls, noch eine sehr genau bestimmte Vorhangdichte erforderlich ist.
Gemäss dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein Fallen der Teilchen in Form eines Vorhanges herbeigeführt und die Flüssigkeit in Form eines zur Vorhangfläche senkrechten Strahls gegen den Vorhang gespritzt, wobei in bezug auf die Richtung des Strahls hinter dem Vorhang die Teilchen aufgewirbelt werden, damit letztere auch die Flüssigkeit, die durch den Vorhang hindurchgeht, aufnehmen. Das Aufwirbeln des Teilchenmaterials zur Bildung der genannten Fangzone kann zweckmässigerweise durch ein sich rasch drehendes Wellen- und Flügelsystem erreicht werden.
Das Patent betrifft ferner einen Apparat zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet durch eine Mischkammer, einen Einlass an derselben nahe einem ihrer Enden, durch Mittel zur Zuführung der festen Teilchen durch den genannten Einlass, so dass die genannten Teilchen in Form eines Vorhanges herunterfallen, durch einen Auslass am andern Ende der Kammer, durch Zerstäuberdüsen, die so angeordnet sind, dass der Flüssigkeitsstrahl senkrecht auf die Vorhangfläche gerichtet ist, sowie durch sich drehende Flügel, die in der Längsrichtung der Kammer hintereinander angeordnet sind.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des zur Durchführung des Verfahrens dienenden Apparates dargestellt.
Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt und schematisch eine Ansicht des Apparates.
Fig. 2 ist eine Stirnansicht desselben.
Fig. 3 ist eine Stirnansicht entsprechend Fig. 2, jedoch einer modifizierten Ausführungsform, und
Fig. 4 zeigt im Querschnitt einen Teil des Apparates nach Fig. 1, jedoch mit einer modifizierten Beschickung.
Die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens soll nachstehend als beispielsweise Ausführungsform anhand eines Apparates zum Überziehen von Zelluloseteilchen, wie beispielsweise Holzspäne, mit einem Bindemittel, wie zum Beispiel einem härtbaren Kunststoff, beschrieben werden, wobei der Apparat vorzugsweise einen Teil einer kontinuierlich arbeitenden Anlage für die Herstellung von Wandbekleidungsplatten oder ähnlichen flächenhaften Erzeugnissen, zum Beispiel in einer Durchlaufpresse, wie sie in der schweizerischen Patentschrift Nr. 298621 beschrieben ist, bildet.
Eine Mischkammer 1 weist einen Einlass 2 auf, durch den das Teilchenmaterial 3 in Form eines fallenden Vorhanges 4 zugestellt wird, beispielsweise von einem endlosen Förderband 5 aus. Am andern Ende der Kammer 1 ist ein Auslass 6 vorgesehen, so dass das behandelte Material beispielsweise über eine Rinne 8 auf ein weiteres Förderband 7 geliefert werden kann.
An der Endwand 9 der Mischkammer 1, gegen über oder in Linie mit dem Einlass 2, sind Öffnungen vorgesehen, durch welche die Zerstäuberdüsen 11 Bindemittelstrahlen 12 richten, so dass sie auf die Teilchen des fallenden Vorhanges 4 auftreffen. Während ein grosser Teil jedes zerstäubten Strahls 12 sich an den Teilchen im fallenden Vorhang 4 absetzt, kann ein gewisser Teil 13 jedes Bindemittelstrahls durch den Vorhang in den jenseitigen Raum 14 hindurchgehen.
Damit der durchgespritzte Anteil 13 richtig verwertet und das Überziehen der Teilchen mit Bindemittel durch Übertragung von Teilchen zu Teilchen verbessert wird, ist eine von einem Motor 18 angetriebene Reihe von sich rasch drehenden Flügeln oder Schaufeln 15 auf einer Welle 16 befestigt, die sich in der Kammer 1 axial von der Endwand 9 zum Auslass 6 erstreckt. Die Flügel oder Schaufeln 15 sind so geformt und angeordnet, dass sie die bespritzten, vorher den Vorhang 4 bildenden Teilchen hinter dem Vorhang 4 und in den Raum 14 aufwirbeln, so dass dadurch eine Zone von Teilchen, welche den durchgespritzten Anteil 13 des Bindemittels erhalten, gebildet wird.
Die kraftvolle Wirkung der Flügel oder Schaufeln 15 bewirkt ferner noch eine fortlaufende Umordnung der Teilchen, so dass das Bindemittel von der Oberfläche eines Teilchens zu derjenigen eines andern übertragen wird und dadurch die Verteilung des Bindemittelüberzuges gefördert wird.
Die relativen Anordnungen der Zerstäuberdüsen 11, der Flügel oder Schaufeln 15 und der Wandungen der Kammer 1 sind derart, dass jeder Hauptstrahl 12 oder der durchgespritzte Teil 13 weder mit den Flügeln noch mit den Wandungen in Berührung kommt und auf diese Weise so wirksam als möglich verwertet wird. Demgemäss kann festgestellt werden, dass die Zerstäuberdüsen 11 in der Längsrichtung der Kammer 1 und über die Bewegungsbahn der Flügel oder Schaufeln 15 gerichtet sind.
Durch die Verwendung der Zerstäubung zur Einführung des Bindemittels in den Apparat und dank der oben beschriebenen Anordnung der Düsen 11 verläuft der Strom der Zerstäuberluft in der allgemeinen Richtung gegen den Auslass 6 hin und ist bestrebt, die aufgewirbelten Teilchen in dieser Richtung zu bewegen. Die Flügel oder Schaufeln 15 können des halb zur Hauptsache als Wirbelvorrichtungen und nicht als Fördervorrichtungen zur Herbeiführung der Förderbewegung des Materials gegen den Auslass hin wirken. Um jedoch die Durchsatzgeschwindigkeit des Apparates zu erhöhen, ist es zweckmässig, die Flügel oder Schaufeln 15 so anzuordnen, dass den Teilchen auf der in Fig. 1 zum Teil entfernten Seite der Kammer 1 sowohl eine Vorwärts- wie auch eine Aufwärtsbewegungskomponente mitgeteilt wird, wie dies durch die Pfeile 17 angedeutet wird.
Die Flügel oder Schaufeln 15 sind in Fig. 1 nur schematisch veranschau licht und können irgendeine zweckmässige, geeignete Form aufweisen; ebenso kann die Welle 16, wie gezeigt, durch einen Einzelantriebsmotor 18 oder durch eine andere geeignete, in der Nähe angeordnete Kraftquelle angetrieben werden.
In Fig. 1 und 2 werden der Einlass 2 und die Gruppe von Zerstäuberdüsen 11 als in der vertikalen Mittellinie des Apparates liegend gezeigt, doch können sie auch seitlich versetzt angeordnet sein, wie dies Fig. 3 zeigt, und zwar vorzugsweise gegen die Seite hin, auf der sich die Flügel oder Schaufeln 15 aufwärtsbewegen, wie durch den Pfeil 19 angedeutet. Dadurch wird sichergestellt, dass ein allenfalls durchgespritzter Teil 13 des Bindemittels aüf den dichtesten und sich am raschesten bewegenden, von den Flügeln oder Schaufeln 15 aufgewirbelten Teil des Materials auftrifft.
Wenn das Material von kleiner Teilchengrösse ist, zum Beispiel Holzmehl, ist es vorteilhaft, im Einlass 2 irgendeine Form von Absperrorgan vorzusehen, um zu verhindern, dass Staub mit einem Teil der Zerstäuberluft herausgeblasen wird. Fig. 4 zeigt ein geeignetes Absperrorgan 20 von bekannter Drehbauart, das in einem modifizierten Einlass 2a angeordnet ist, wobei die Trennwände 21 des Absperrorgans mit einer solchen Geschwindigkeit um ihre Achse 22 gedreht werden, dass sich die Abteile 23 fortlaufend füllen und in die Kammer 1 entleeren, um den oben beschriebenen fallenden Vorhang 4 zu schaffen.
Je nach der Form des Kegels des Strahls von den Zerstäuberdüsen 12, dem Druck der Zerstäuberluft und der Natur des zu bespritzenden Teilchenmaterials muss der Abstand zwischen der Bewegungsbahn des fallenden Vorhanges 4 und den Düsen eventuell besonders gewählt oder eingestellt werden, und der in Fig. 1 und 4 gezeigte Abstand sollte nicht als massgebend gelten.
Um die Neigung der überzogenen und aufgewirbelten Teilchen in der Kammer 1, an den Wandungen der Kammer, insbesondere der obern Wandung oder Decke, zu kleben, zu verringern, können diese Oberflächen mit einem dem Anhaften entgegenwirkenden Stoff, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, überzogen werden.
In der vorstehenden Beschreibung besteht das Mittel zur Zustellung des Materials zum Einlass 2 oder 2a zwecks Bildung des fallenden Vorhanges 4 aus einem endlosen Förderband, doch ist dies nur als Beispiel gedacht und ein anderes Mittel könnte verwendet werden, wie beispielsweise eine Schüttelspeisevorrichtung, ein Dosiertrichter oder ein anderes geeignetes Zustellmittel für regulierte Zufuhr.
Durch Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens kann die Aufenthaltszeit in dem Apparat auf die Grössenordnung von 5 bis 10 Sekunden reduziert werden.
Obwohl der Hauptvorteil des beschriebenen Verfahrens die kurze Aufenthaltszeit ist, die es möglich macht, wichtige Änderungen der nachfolgenden Bearbeitung vorzunehmen. werden auch noch die folgenden zusätzlichen Vorteile erreicht:
1. Da jede Spritzdüse von allen angrenzenden Wandflächen weggerichtet ist, besteht wenig Gefahr, die Wandungen zu bespritzen, und in gleicher Weise kann das Bespritzen der Flügel vermieden werden, und dies im besonderen deswegen, weil der grösste Teil des Strahls augenblicklich die festen Teilchen trifft.
2. Der Zerstäubungsluftstrom von der Düse verläuft in einer solchen allgemeinen Richtung, dass die Teilchen gegen das Austrittsende der Mischkammer bewegt werden, weshalb die Mischwelle und -flügel hauptsächlich als Aufwirbelvorrichtung und nicht als Fördervorrichtung wirken.
3. Es besteht eine viel grössere Wahrscheinlichkeit, Flüssigkeit direkt auf die festen Teilchen zu bringen, als wenn man sich auf das Aneinanderreiben des bespritzten und unbespritzten Materials verlässt, um die weitere Verteilung und Übertragung der Flüssigkeit zu bewirken.
4. Eine Knetwirkung ist nicht erforderlich, so dass das Zusammenballen faserigen Materials vermindert wird.
5. Dank der kurzen Aufenthaltszeit ist ein viel kleinerer Mischbehälter erforderlich. Daraus ergibt sich ein kleinerer Kapitalaufwand und geringere Betriebskosten, und der Platzbedarf in der Fabrik ist auch kleiner.
Process for coating solid particles with a liquid and
Apparatus for carrying out the process
The invention relates to the coating of solid particles with a liquid and is particularly applicable in all cases in which the ratio of liquid to solid is small or very small. For example, such a method could be used when coating natural or synthetic, fibrous particles, such as wood chips or chips, with a liquid resin, a resin solution or a resin suspension, especially if such a mixture is subsequently applied by the application of heat or Print is molded into a predetermined shape such as panels. In such a case, the ratio of liquid to particulate material could be in the range of, for example, 2 to 20%.
The main purpose of the invention is to carry out such coating in a very short time compared to previous methods.
Apparatus generally used hitherto for this type of coating consist essentially of either a rotating container or a rapidly rotating stirrer in a stationary container. These two types of machines have the disadvantage that, firstly, the surface of a heaped mass of chips has to be sprayed; secondly, due to rapid changes in the surface layers to be sprayed, the liquid is transferred by contact between the sprayed material and the unmashed material, and finally the The mixing process is such that after the transfer of intermediate particles has ceased, the sprayed and non-sprayed particles are distributed as evenly as possible.
Furthermore, such machines must take up considerable amounts of the particulate material in order to prevent a loss of liquid as a result of the spray material hitting the walls of the container, which is of particular importance if the liquid is a resin solution or suspension, since the progressive accumulation on the container walls ultimately leads to As a result, there will be lumps of accumulated resin and chips in the mixture. This large quantum requirement slows down the passage of the individual particles, so that, in the case of a resin-chip mixture, the hardening of the resin in the presence of hardening agents may have already progressed undesirably before the material leaves the mixing machine; In such cases, dwell times can be of the order of 4 to 10 minutes.
A previous suggestion to overcome these disadvantages has been to use a high speed mixer in which a curtain is formed of material which is allowed to fall through a zone of a jet of liquid resin. Although theoretically perfect, this solution gives rise to a number of practical difficulties; In order to ensure an even distribution, an even curtain of the jet and the material must be achieved, and the curtain of solid particles must be of such a density that the jet either from both sides at the same time slightly more than half of the curtain or from one side penetrates the entire thickness of the curtain, otherwise some of the solid particles will remain untreated or some of the resin will pass smoothly through the curtain and be lost.
Since the density of the curtain at a given point varies not only with the weight of the material fed in, but also with the bulk density and the final fall speed, it would be difficult to control the curtain density even with very even materials, and almost impossible with the type of Material that would ordinarily be used in practice.
A purpose of the present invention is to provide an improved method of spraying a falling curtain of particulate material in such a manner without the need for a uniform distribution of the particles or the jet, or a very precisely determined curtain density.
According to the method according to the present invention, the particles are caused to fall in the form of a curtain and the liquid is sprayed against the curtain in the form of a jet perpendicular to the curtain surface, the particles being whirled up behind the curtain with respect to the direction of the jet, so that the latter also absorb the liquid that passes through the curtain. The swirling of the particulate material to form the above-mentioned capture zone can expediently be achieved by a rapidly rotating shaft and wing system.
The patent also relates to an apparatus for carrying out the method, characterized by a mixing chamber, an inlet at the same near one of its ends, by means for feeding the solid particles through said inlet, so that said particles fall down in the form of a curtain, through a Outlet at the other end of the chamber, through atomizing nozzles, which are arranged so that the liquid jet is directed perpendicularly onto the curtain surface, and through rotating blades that are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the chamber.
In the accompanying drawing, an embodiment of the apparatus used to carry out the method is shown.
Fig. 1 shows partially in section and schematically a view of the apparatus.
Fig. 2 is an end view of the same.
Fig. 3 is an end view corresponding to Fig. 2, but of a modified embodiment, and
Fig. 4 shows in cross section part of the apparatus of Fig. 1, but with a modified loading.
The execution of the method according to the invention will be described below as an example embodiment using an apparatus for coating cellulose particles, such as wood chips, with a binding agent, such as a hardenable plastic, the apparatus preferably being part of a continuously operating system for the production of Wall cladding panels or similar flat products, for example in a throughfeed press, as described in Swiss Patent No. 298621.
A mixing chamber 1 has an inlet 2 through which the particulate material 3 is fed in the form of a falling curtain 4, for example from an endless conveyor belt 5. An outlet 6 is provided at the other end of the chamber 1 so that the treated material can be delivered to a further conveyor belt 7, for example via a channel 8.
On the end wall 9 of the mixing chamber 1, opposite or in line with the inlet 2, openings are provided through which the atomizer nozzles 11 direct binder jets 12 so that they impinge on the particles of the falling curtain 4. While a large part of each atomized jet 12 is deposited on the particles in the falling curtain 4, a certain part 13 of each binder jet can pass through the curtain into the space 14 on the other side.
In order that the sprayed-through portion 13 is properly utilized and the coating of the particles with binder by transferring from particle to particle is improved, a series of rapidly rotating blades or vanes 15 driven by a motor 18 is mounted on a shaft 16 which rotates in the chamber 1 extends axially from the end wall 9 to the outlet 6. The wings or blades 15 are shaped and arranged in such a way that they whirl up the sprayed particles, which previously formed the curtain 4, behind the curtain 4 and into the space 14, so that a zone of particles which receive the sprayed-through portion 13 of the binder, is formed.
The powerful action of the blades or vanes 15 also causes the particles to continue to rearrange so that the binder is transferred from the surface of one particle to that of another, thereby promoting the distribution of the binder coating.
The relative arrangements of the atomizer nozzles 11, the wings or vanes 15 and the walls of the chamber 1 are such that each main jet 12 or the sprayed-through part 13 does not come into contact with either the wings or the walls and is thus used as effectively as possible becomes. Accordingly, it can be determined that the atomizer nozzles 11 are directed in the longitudinal direction of the chamber 1 and over the movement path of the blades or vanes 15.
By using atomization to introduce the binding agent into the apparatus and thanks to the above-described arrangement of the nozzles 11, the flow of the atomizing air runs in the general direction towards the outlet 6 and tends to move the fluidized particles in this direction. The blades or vanes 15 can therefore mainly act as vortex devices and not as conveying devices for bringing about the conveying movement of the material towards the outlet. However, in order to increase the throughput speed of the apparatus, it is expedient to arrange the blades or vanes 15 in such a way that the particles on the side of the chamber 1, which is partially remote in FIG. 1, are given both a forward and an upward movement component, such as this is indicated by the arrows 17.
The blades or vanes 15 are shown only schematically in Fig. 1 and can have any convenient, suitable shape; likewise, the shaft 16 may be driven by a single drive motor 18 as shown, or by any other suitable nearby power source.
In Figs. 1 and 2 the inlet 2 and the group of atomizing nozzles 11 are shown as lying in the vertical center line of the apparatus, but they can also be arranged laterally, as shown in Fig. 3, and preferably towards the side, on which the blades or vanes 15 move upwards, as indicated by arrow 19. This ensures that any part 13 of the binding agent that has been sprayed through hits the densest and fastest moving part of the material whirled up by the blades or blades 15.
If the material is of small particle size, for example wood flour, it is advantageous to provide some form of shut-off device in the inlet 2 in order to prevent dust from being blown out with part of the atomizing air. 4 shows a suitable shut-off element 20 of known rotary design, which is arranged in a modified inlet 2a, the partition walls 21 of the shut-off element being rotated about their axis 22 at such a speed that the compartments 23 continuously fill and into the chamber 1 deflate to create the falling curtain 4 described above.
Depending on the shape of the cone of the jet from the atomizing nozzles 12, the pressure of the atomizing air and the nature of the particulate material to be sprayed, the distance between the trajectory of the falling curtain 4 and the nozzles may have to be specially chosen or adjusted, and that in Fig. 1 and 4 should not be considered decisive.
In order to reduce the tendency of the coated and whirled up particles in the chamber 1 to stick to the walls of the chamber, in particular the upper wall or ceiling, these surfaces can be coated with a substance that counteracts adhesion, such as polytetrafluoroethylene.
In the above description, the means for delivering the material to inlet 2 or 2a to form the falling curtain 4 consists of an endless conveyor belt, but this is only meant as an example and other means could be used such as a feeder shaker, a metering hopper or another suitable delivery means for regulated delivery.
By using the method described above, the time spent in the apparatus can be reduced to the order of magnitude of 5 to 10 seconds.
Although the main advantage of the method described is the short residence time, which makes it possible to make important changes to the subsequent processing. the following additional advantages are also achieved:
1. Since each spray nozzle is directed away from all adjoining wall surfaces, there is little risk of spraying the walls, and in the same way spraying the wings can be avoided, especially because most of the jet instantly hits the solid particles .
2. The atomizing air flow from the nozzle is in such a general direction that the particles are moved towards the exit end of the mixing chamber and therefore the mixing shaft and vanes act primarily as a fluidizing device rather than a conveyor.
3. There is a much greater likelihood of getting liquid directly onto the solid particles than relying on rubbing the sprayed and unsprayed material together to effect further distribution and transfer of the liquid.
4. A kneading action is not required, so that the agglomeration of fibrous material is reduced.
5. Thanks to the short residence time, a much smaller mixing tank is required. This results in a lower capital outlay and a lower operating cost, and the space required in the factory is also reduced.