Verfahren und Vorrichtung zum Mischern und Agglomerieren pulveriger bis körniger, in der Wärme aggiomerierbarer chemischer Stoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Agglomerieren in der Wärme agglomerierbarer pulveriger bis körniger, chemischer Stoffe, z. B. Kunststoffe, denen gleichzeitig Zuschlagstoffe und/oder Weichmacher beigemischt werden können.
Es ist ein Mischverfahren bekannt, bei welchem dem zu mischenden Gut durch mechanische Energie Wärme zugeführt wird. Dieses bekannte Verfahren wird in einer Mischvorrichtung durchgeführt, die mit einem feststehenden und einem umlaufenden Stiftkranz ausgerüstet ist, wobei am umlaufenden Stiftkranz Messer beliebiger Form angebracht sind, die sich bis annähernd an die Wände des Mischbehälters erstrecken.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Bereitschaft der Einzelteilchen, sich infolge ihrer Wärmeenergieaufnahme mit benachbarten Teilchen zu agglomerieren, beim Passieren des Stiftkranzes wieder zunichte gemacht und die Agglomeratbildung verzögert wird, bis es schliesslich zur plötzlichen Bindung des gesamten im Behälter befindlichen Gutes kommt, was unter Umständen zum Blockieren der Maschine führen kann. Bei Entleerung der Mischvorrichtung in diesem Augenblick findet man eine kuchenartige Masse vor, die nur vorzugsweise durch Schneidmühlen wieder aufgeschlossen werden kann.
Eine andere bekannte Mischvorrichtung zeigt eine in einer vom Boden in den Behälter vorstehenden Nabe gelagerte Messerwelle, auf der ein in Bodennähe arbeitender Rührmessersatz, darüber mindestens ein Schneidmessersatz sowie ein Saugmessersatz und zu oberst ein Kopfmessersatz lösbar befestigt sind.
Diese bekannte mechanische Vorrichtung weist ebenso wie die zuvor erwähnte mehr oder weniger den Nachteil auf, dass sich beim Mischen von Stoffen, die Neigung zu starker elektrostatischer Aufladung habend, am oberen Teil dicke Produktionsschichten ablagern, die dem Mischvorgang entzogen werden.
Ausserdem ist die letztgenannte bekannte Mischvorrichtung nicht geeignet, genügend grosse zur Agglomeratbildung erforderliche Energie zu erzeugen.
-Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht einmal darin, die oben erwähnten Nachteile der Ablagerung des zu mischenden Gutes am Deckel und am oberen Behälterrand zu vermeiden. Zum anderen soll, und das ist wesentlich, durch die Erfindung das Problem gelöst werden, dass sich die Teilchen des zu mischenden Gutes mit benachbarten Teilchen ohne Klumpenbildung agglomerieren, so dass sich das Schüttgewicht gegenüber dem Ausgangsprodukt wesentlich erhöht. Dieses letztgenannte Problem kann mit keiner der bekannten Mischvorrichtungen zufriedenstellend gelöst werden.
Bei der Verwendung von Schnellmischern zur Herstellung von Vorgranulaten erfolgt leicht eine Klumpenbildung des Produktes, die darauf zurückzuführen ist, dass das stark aufgeheizte pulverförmige Produkt bei starker Weichmacherzugabe, z. B. bei der Herstellung von Kunststoffen, den Weichmacher schlagartig so stark bindet, dass eine lawinenförmige Klumpenbildung erfolgt. Diese Klumpenbildung führt zum Stillstand der Maschine und eine Austragung des Produktes in Körnerform ist nicht mehr möglich.
Das Produkt muss vielmehr in langwieriger und schwieriger Arbeit aus der Maschine entfernt und wieder zerkleinert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Mängel dieser bekannten Maschine vermeidet und eine wesentliche Zeitersparnis der Bearbeitung des Gutes, eine wesentliche Verringerung der Laufzeit der Maschine und eine erhebliche Erhöhung der Stundenleistung ermöglicht. Dabei soll der Ablauf des Granuliervorganges in sicherer Weise durchführbar sein, ohne dass Störungen dieses Vorganges auftreten und ohne dass Überlastungen und ein Festfahren der Maschine erfolgt. Gleichzeitig soll eine schnelle und vollständige Entleerung und eine leichte Reinigung der Maschine möglich sein.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass das zu mischende und zu agglomerierende Gut in einer mit einem Deckel geschlossenen Mischvorrichtung durch ein aus mehreren übereinander angeordneten Flügelsätzen bestehendes Mischorgan in eine wirbelartig verlaufende Strömung versetzt wird, wobei die Wärme den Teilchen so lange zugeführt wird, bis bei sich durch die Reibungswärme steigern der Temperatur benachbarte Teilchen agglomerieren.
Zweckmässig kann dem zu agglomerierenden Gut ausser der durch die Rührflügel verursachten Reibungswärme durch Beheizung des Behälters und/oder der Flügel Wärme zusätzlich zugeführt werden. Das fertig agglomerierte Gut wird vorzugsweise während des Umlaufs gekühlt.
Nach der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch foIgende Merkmale aus: - einen zylindrischen Behälter, dessen nach aussen gewölbter Boden eine in den Behälter koaxial vorstehende kegelige Nabe zur Lagerung der Antriebswelle aufweist und der durch einen Deckel verschliessbar ist, der einen in den Behälter koaxial vorstehenden, auf die Spitze gestellten Kegel oder anders begrenzte Drehkörper aufweist; - ein auf der Antriebswelle lösbar befestigter symmetrischer Bodenflügelsatz, dessen sich bis nahe an die Behälterwand erstreckende Flügelblätter in konstantem Abstand zu der Nabe und zum Boden verlaufen und einen, eine von der Nabe und vom Boden fortgerichtete Wurfkomponente erzeugenden Anstellwinkel, aufweisen;
- ein über dem Bodenflügelsatz lösbar angeordneter mittlerer Flügelsatz, der symmetrisch zur Welle angeordnete horizontale, sich bis nahe an die Behälterwand erstreckende Flügelblätter aufweist, die in einem solchen Winkel angestellt sind, dass sie über etwa 2A ihrer Länge, vom freien Ende gemessen, eine nach oben und über den übrigen Teil eine nach unten gerichtete Wurfkomponente erzeugen;
- ein über dem mittleren Flügelsatz lösbar angeordneter, oberer Flügel, dessen symmetrisch zur Welle liegende schräg aufwärts gerichtete Flügelblätter in einem solchen Winkel angestellt sind, dass sie eine zur Behälterwand gerichtete Wurfkomponente erzeugen und in solchem Abstand von der Behälterwand enden, dass die freie Durchtrittsfläche zwischen dem gedachten Drehkreis der Flügelspitzen und der Behälterwand kleiner als 1A der Behältergrundfläche ist.
Zweckmässig ist der obere Flügel so angeordnet und ausgebildet, dass die gedachte Verlängerung der Flügelblätter etwa den Behälterrand schneidet.
Die Flügel können auch mit mehr als zwei Flügelblättern versehen sein.
Zweckmässig ist der Behälter mit einem Doppelmantel, der wahlweise zum Kühlen oder Heizen verwendbar ist, ausgerüstet.
Schliesslich kann auf der die Werkzeuge tragenden Welle ein Sprühteller befestigt sein, durch den von oben auf den Teller aufgebrachte Flüssigkeit, insbesondere Weichmacher, zerstäubt und nach aussen etwa waagerecht in den Strom des zu bearbeitenden Gutes geführt wird. Auf die Oberfläche des Sprühtellers sind zweckmässig Rippen aufgesetzt, die zwischen sich Nuten oder Kanäle bilden, die von der Tellermitte radial nach aussen gerichtet sind. Der Sprühteller kann auf eine die Misch- und Rührwerkzeuge festspannende, auf dem Ende der Welle angebrachte Mutter aufgeschraubt sein. Die Aufgabe der Flüssigkeit auf den Sprühteller erfolgt zweckmässig axial von oben durch eine im Deckel des Mischbehälters angeordnete Aufgabevorrichtung.
Mehrere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen vertikalen Mittenschnitt der Mischvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht eines Mischflügels,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.
In der Zeichnung Fig. 1-4 ist die Mischmaschine als Ganzes mit 1, der Antriebsmotor, der vorzugsweise stufenlos regelbar ist, mit 2 und der Sockel, auf dem die Mischmaschine und der Motor angeordnet sind, mit 3 bezeichnet. Der Antriebsmotor 2 treibt über einen Riemen 4 die Welle 5 der Mischmaschine an. Der Behälter 6 hat einen nach unten gewölbten Boden 7, der einen nach oben vorstehenden Kegelansatz 8 aufweist, der zur Lagerung der Welle 5 dient. Unmittelbar über dem Kegel 8 ist auf der Welle 5 ein Bodenflügelsatz 9 lösbar befestigt, der in konstantem Abstand zum Kegel 8 und zum Behälterboden 7 verlaufend ausgebildet ist und etwa bis zur Behälterwand reicht.
Die Flügel des Bodenfiügelsatzes sind unter einem solchen Winkel angestellt, dass das auf dem Boden 7 lagernde Gut durch den sich parallel zum Kegel 8 erstreckenden Flügelteil schräg nach aussen zur Wand des Behälters 6 und durch den sich über dem Boden erstreckenden Flügelteil nach oben geschleudert wird.
Über dem Bodenflügelsatz ist ein mittlerer, sich horizontal bis in die Nähe der Wand des Behälters 6 erstreckender Flügelsatz 10 vorgesehen, dessen Flügel über etwa 2/3 ihrer Länge, von aussen gemessen, so angestellt sind, dass sie das Gut nach oben schleudern, während der übrige Teil der Flügel so angestellt ist, dass sie das Gut nach unten ziehen.
Über dem mittleren Flügelsatz ist ein oberer Flügelsatz 11 vorgesehen, dessen Flügel schräg aufwärts nach aussen gerichtet angeordnet sind. Die Flügel des oberen Flügelsatzes weisen einen Anstellwinkel auf, durch den das Gut nach aussen zur Behälterwandung hin gedrückt wird. Die Schrägstellung der Flügel des oberen Flügelsatzes 11 ist so gewählt, dass die gedachte Verlängerung der Flügel etwa den oberen Rand 12 des Behälters 6 schneidet.
Der Behälter 6 ist durch einen Deckel 13 verschliessbar, der in seiner Mitte einen in den Behälter 6 hineinragenden kegelförmigen Teil 14 aufweist, der aber auch als Rotationskörper mit einem anderen Axialschnitt ausgebildet sein kann.
Die Wirkungsweise der Mischvorrichtung soll nachfolgend beschrieben werden:
Die vom Bodenflügelsatz 9 erzeugte, aufwärts gerichtete Gutströmung wird durch den mittleren Flügelsatz 10 zunächst abgerissen, dann jedoch durch den äusseren Flügelteil schräg aufwärts nach aussen gerichtet wieder aufgebaut, während der entgegengesetzt angestellte innere Flügelteil eine Bewegungsrichtung des Gutes nach unten bewirkt. Der darüber angeordnete obere Flügelsatz 11 beschreibt in seiner Draufsicht einen Kreis, während seine Mantellinie einen auf den Kopf gestellten Kegelstumpf darstellt.
Der obere Flügelsatz 11 lenkt durch den Anstellwinkel seiner Flügel den aufwärts gerichteten Gut strom gegen die Behälterwand ab, so dass er mit grosser Geschwindigkeit durch den vom Flügeldrehkreis und von der Behälterwand gebildeten Kreisringquerschnitt hindurchtritt und gegen den dicht verschlossenen Behälterdeckel geschleudert wird.
Im Inneren des so erzeugten Strömungskopfes bildet sich eine Trombe, in die das Produkt, unterstützt durch die Umleitung mittels des am Deckel vorgesehenen Kegelansatzes 14 eintreten kann.
Der Einzug des Produktes in die Trombe wird ausserdem dadurch unterstützt, dass der Horizontalflü- gelsatz 10 auf dem inneren Drittel seiner Flügellänge das Gut nach unten fördert. Nach dem Passieren der Trombe und des Einzugteiles des Horizontalflügelsatzes 10 wird das Gut dem abgekröpften Teil des Bodenflügels zugeführt, erhält hier wieder seine Richtung nach aussen und im Fortlauf nimmt das Gut den vorerwähnten Strömungsweg an, wodurch eine absolute Homogenität der Mischung erreicht wird. Durch die ständige mechanische Energiezufuhr, die durch die Reibung der Flügelsätze erfolgt, heizen sich die Teilchen des Gutes im freien Fluge von aussen her auf, bis die Temperatur so hoch gestiegen ist, dass sie sich mit benachbarten Teilchen verbinden und im weiteren Verlauf ein Agglomerat bilden.
Die Anstellwinkel der Flügelsätze sowie ihre Drehzahl richten sich nach dem Schüttgewicht des Produktes. Um die Agglomerierung der Teilchen zu beschleunigen, können der Behälter und/oder die Flügelsätze zusätzlich beheizt werden. Es kann vorkommen, dass eine Kühlung erwünscht ist, wobei in diesem Falle anstatt des Heizmittels ein gekühltes Medium durch den Doppelmantel des Behälters geschickt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 4 durch eine auf das Ende der Welle 5 aufgeschraubte Mutter 15, auf die ein Sprühteller 16 mittels Gewinde 16' aufge- schraubt ist. Auf der etwa waagerecht verlaufenden Oberfläche des Sprühtellers sind rippenartige Ansätze 17 vorgesehen, die zwischen sich Kanäle bilden, die von der Mitte des Tellers nach aussen gerichtet sind.
Die Aufgabe der in das Material einzubringenden Flüssigkeit, z. B. eines Weichmachers, erfolgt von oben axial mittels einer in den Deckel 13 eingesetzten Aufgabevorrichtung 18.
Der Sprühteller nach Fig. 5 ist zwar besonders vorteilhaft bei einer Mischmaschine nach Fig. 1 bis 4, ist jedoch auch bei Schnellmischern anderer Ausbildung mit Vorteil anwendbar.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 bewirkt der Sprühteller eine Zerstäubung der auf den Sprühteller aufgebrachten Flüssigkeit in feine Tröpfchen, die nach aussen in den Materialstrom geführt werden, so dass eine schlagartige Benetzung jedes einzelnen Materialteilchens erfolgt. Infolgedessen erfolgt die Gelierung mit so hoher Geschwindigkeit, dass nach beendeter Weichmacherzugabe, die nur wenige Sekunden erfordert, alle Materialteile durchgeliert sind und aus der Maschine ausgetragen werden können. Eine Klumpenbildung ist dabei vermieden.
Method and device for mixing and agglomerating powdery to granular chemical substances that can be agglomerated under heat
The invention relates to a method and a device for mixing and agglomerating in the heat agglomerable powdery to granular chemical substances such. B. Plastics to which aggregates and / or plasticizers can be added at the same time.
A mixing process is known in which the material to be mixed is supplied with heat by mechanical energy. This known method is carried out in a mixing device which is equipped with a fixed and a rotating pin ring, with knives of any shape being attached to the rotating pin ring, which extend almost to the walls of the mixing container.
This method has the disadvantage that the readiness of the individual particles to agglomerate with neighboring particles as a result of their absorption of heat energy is nullified again when they pass the pin ring and the agglomerate formation is delayed until the entire material in the container is suddenly bound, which is may cause the machine to block. When the mixing device is emptied at this moment, a cake-like mass is found which can only be broken down again, preferably by cutting mills.
Another known mixing device shows a knife shaft mounted in a hub protruding from the bottom of the container, on which a set of stirring knives working near the bottom, above at least one set of cutting knives and a set of suction knives and, on top, a set of head knives are detachably attached.
This known mechanical device, like the previously mentioned one, has the disadvantage that when substances are mixed, which tend to have a strong electrostatic charge, thick production layers are deposited on the upper part and are withdrawn from the mixing process.
In addition, the last-mentioned known mixing device is not suitable for generating sufficient energy required for agglomerate formation.
The object on which the invention is based is, on the one hand, to avoid the above-mentioned disadvantages of the material to be mixed being deposited on the lid and on the upper edge of the container. On the other hand, and this is essential, the invention is intended to solve the problem that the particles of the material to be mixed agglomerate with neighboring particles without lump formation, so that the bulk density is significantly increased compared to the starting product. This last-mentioned problem cannot be solved satisfactorily with any of the known mixing devices.
When using high-speed mixers for the production of pregranulates, the product easily forms lumps, which can be attributed to the fact that the strongly heated powdery product with a large amount of plasticizer added, e.g. B. in the production of plastics, the plasticizer suddenly binds so strongly that an avalanche-like lump formation occurs. This lump formation leads to a standstill of the machine and discharge of the product in granular form is no longer possible.
Rather, the product has to be removed from the machine and shredded again in a lengthy and difficult work.
Another object of the invention is to create a device which avoids the shortcomings of this known machine and enables a substantial saving in processing time, a substantial reduction in the running time of the machine and a substantial increase in the hourly output. The granulation process should be able to be carried out in a safe manner, without disruptions to this process and without overloading and stalling the machine. At the same time, a quick and complete emptying and easy cleaning of the machine should be possible.
The method according to the invention consists in that the material to be mixed and to be agglomerated is put into a vortex-like flow in a mixing device closed with a lid by a mixing device consisting of several sets of blades arranged one above the other, the heat being supplied to the particles for so long until neighboring particles agglomerate due to the increase in temperature due to the frictional heat.
In addition to the frictional heat caused by the agitator blades, heat can also be expediently supplied to the material to be agglomerated by heating the container and / or the blades. The ready-agglomerated material is preferably cooled during the circulation.
According to the invention, the device for carrying out the method according to the invention is characterized by the following features: a cylindrical container, the outwardly curved base of which has a conical hub projecting coaxially into the container for mounting the drive shaft and which can be closed by a cover in the container coaxially protruding, pointed cones or otherwise limited rotating bodies; - A symmetrical bottom wing set releasably fastened to the drive shaft, the wing blades of which extend up to close to the container wall at a constant distance from the hub and the floor and have a pitch angle producing a throwing component directed away from the hub and the floor;
- A middle set of wings detachably arranged above the bottom wing set, which has horizontal wing blades arranged symmetrically to the shaft, extending to close to the container wall, which are set at such an angle that they are about 2A of their length, measured from the free end, one after create a downward throw component above and over the rest of the part;
- an upper wing detachably arranged above the middle wing set, the wing blades of which are symmetrical to the shaft and inclined upwardly directed at such an angle that they generate a throwing component directed towards the container wall and end at such a distance from the container wall that the free passage area between the imaginary circle of rotation of the wing tips and the container wall is less than 1A of the container base area.
The upper wing is expediently arranged and designed such that the imaginary extension of the wing blades roughly intersects the container edge.
The wings can also be provided with more than two blades.
The container is expediently equipped with a double jacket that can be used either for cooling or heating.
Finally, a spray plate can be attached to the shaft carrying the tools, through which liquid, in particular plasticizer, applied to the plate from above is atomized and guided outwards approximately horizontally into the flow of the material to be processed. Ribs are expediently placed on the surface of the spray plate, which form grooves or channels between them which are directed radially outward from the center of the plate. The spray plate can be screwed onto a nut attached to the end of the shaft, which clamps the mixing and stirring tools. The liquid is expediently fed onto the spray plate axially from above by means of a feed device arranged in the lid of the mixing container.
Several exemplary embodiments of devices for carrying out the method according to the invention are shown in the drawing; show it:
1 shows a schematic vertical center section of the mixing device,
Fig. 2 is a plan view of a mixing paddle,
3 shows a section along the line III-III of FIG. 2,
Fig. 4 is a section along the line IV-IV of Fig. 2,
5 shows a further embodiment of a device according to the invention.
In the drawing Fig. 1-4, the mixer as a whole is denoted by 1, the drive motor, which is preferably continuously adjustable, is denoted by 2 and the base on which the mixing machine and the motor are arranged is denoted by 3. The drive motor 2 drives the shaft 5 of the mixer via a belt 4. The container 6 has a downwardly curved base 7 which has an upwardly projecting conical shoulder 8 which is used to support the shaft 5. Immediately above the cone 8, a base wing set 9 is releasably attached to the shaft 5, which is designed to run at a constant distance from the cone 8 and the container base 7 and extends approximately to the container wall.
The wings of the floor wing set are set at such an angle that the material stored on the floor 7 is thrown obliquely outward to the wall of the container 6 by the wing part extending parallel to the cone 8 and upward by the wing part extending above the floor.
Above the bottom wing set, a middle wing set 10 extending horizontally up to the vicinity of the wall of the container 6 is provided, the wings of which are positioned over about 2/3 of their length, measured from the outside, in such a way that they throw the material upwards while the rest of the wings are positioned so that they pull the goods down.
An upper set of wings 11 is provided above the middle set of wings, the wings of which are arranged directed obliquely upward outward. The wings of the upper wing set have an angle of attack through which the material is pressed outwards towards the container wall. The inclination of the wings of the upper set of wings 11 is selected so that the imaginary extension of the wings approximately intersects the upper edge 12 of the container 6.
The container 6 can be closed by a cover 13 which has in its center a conical part 14 protruding into the container 6, but which can also be designed as a body of revolution with a different axial section.
The mode of operation of the mixing device will be described below:
The upward flow of material generated by the bottom wing set 9 is first torn off by the middle wing set 10, but then built up again by the outer wing part, pointing upwards at an angle, while the opposing inner wing part causes the material to move downwards. The upper set of wings 11 arranged above describes a circle in its plan view, while its surface line represents an upside-down truncated cone.
The upper wing set 11 deflects the upward flow of material against the container wall through the angle of attack of its wings, so that it passes through the circular ring cross-section formed by the wing rotation circle and the container wall at high speed and is thrown against the tightly closed container lid.
In the interior of the flow head generated in this way, a vortex is formed, into which the product can enter, supported by the diversion by means of the conical attachment 14 provided on the cover.
The drawing-in of the product into the drum is also supported by the fact that the horizontal wing set 10 conveys the product downwards on the inner third of its wing length. After passing the drum and the intake part of the horizontal wing set 10, the material is fed to the cranked part of the bottom wing, is given its outward direction again and as it continues the material adopts the aforementioned flow path, whereby an absolute homogeneity of the mixture is achieved. Due to the constant supply of mechanical energy, which occurs through the friction of the wing sets, the particles of the goods heat up from the outside in free flight until the temperature has risen so high that they combine with neighboring particles and form an agglomerate in the further course .
The angle of attack of the blade sets and their speed depend on the bulk weight of the product. In order to accelerate the agglomeration of the particles, the container and / or the sets of blades can be additionally heated. It can happen that cooling is desired, in which case a cooled medium is sent through the double jacket of the container instead of the heating medium.
The device according to FIG. 5 differs from the device according to FIGS. 1 to 4 in that a nut 15 is screwed onto the end of the shaft 5 and onto which a spray plate 16 is screwed by means of a thread 16 '. On the approximately horizontally extending surface of the spray plate, rib-like extensions 17 are provided which form channels between them which are directed outwards from the center of the plate.
The task of the liquid to be introduced into the material, e.g. B. a plasticizer, takes place axially from above by means of a feed device 18 inserted into the cover 13.
The spray plate according to FIG. 5 is particularly advantageous in a mixing machine according to FIGS. 1 to 4, but can also be used with advantage in high-speed mixers of other designs.
In the device according to FIG. 5, the spray plate atomizes the liquid applied to the spray plate into fine droplets, which are guided outwards into the material flow, so that each individual material particle is suddenly wetted. As a result, gelation takes place at such a high speed that after the addition of the plasticizer, which only takes a few seconds, all parts of the material are fully gelled and can be removed from the machine. Lump formation is avoided.