Vorrichtung zum Behandeln hochviskoser Substanzen
Die ErSndung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln hochviskoser Substanzen, bestehend aus zwei allgemein zylindrischen, in entgegengesetzten Richtungen angetriebenen Walzen, die parallel zueinander in einem Abstand antgeordfnjet sind, einem.
Einlass und einem Auslass zur Zuführung bzw. Ab führungdierhochviskosenSubstanzenundeinem.
Kamm, der'im wesentlichen symmetmsch zu den Walzen angeordnet ist.
Diese anordnung entspricht der Vorrichtung nach dem französischen Patent Nr. 1 438 261.
Mit der geschUderten Vorrichtung können verschiedene Behandlungsmehoden durchgeführt werden. Hierzu gehört die Verdampfung einer gasfprmi gon Komponente aus einem hochviskosen Reaktionsgemisch, wie es z. B. bei der Vergrösserunig der Kettenlänge synthetische Polymere, die durch Poly- kondensatioa gewonnen wurden, erforderlich ist.
Ein anderes Behandlungsverfahren besteht in der Homogenisierung einer hochviskosen Substanz odier der Vermischung einer solchen Substanz mit einer Beimengung. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist wetitorbesondersgeeignetzurEmuligierungeiner hochviskosen Swbstanz mit einer niedrigviskosen Sulb- stanz, wie Wasser oder einem Gas.
Die hoohviskosetn. Substanzen, für deren Behand- lung dSe Vordchtumg geeignet dst, können stark von- einander abweichende Eigenschaften haben. Beispiedlweise lassen sich reine Newtonsche Flüssigkei- ten sowie zäh-elastische Sutbstanzen und sagar Pasten verarbeiten. Bei allen geschilderten Behandlungsverfahren soll dnderZeiteinheiteinMaximuman frischer Flüssigkeitsoberflnche geblidet werden, damit der Prozess so wirksam und rasoh wie möglich vor s, ich geht. Nur :andieserfrischenOberflächefinden die gewünschten Vorgänge statt, sei es nun eine Entgasung, Emulgierung oder Mischung, der Substanz.
Bai den bekannten Vorrichtungen wird ! die frische Oberfläche dadurch gebiMet, dass vom der über den Walzen befindlichen Flüssigkeit ständig sin Teil ab- gezogen'umd in den Walzenspalt eingeführt und wei- ter auf den Walzenoberflächen transportiert wird.
Dieses auf den Walzonoberflächen befindliche Mate- rial kann weiter abgestreift oder wieder in den Raum über den Walzen eingeführt werden. Dort wird es in Form eines flachen Filmes in die in diesem Raum befindldche Flüssigkeit eingepresst, wodurch die Flüs- sigkeit in Umlauf versetzt und dadurch gründlich durchmischt wird.
Durch Verwendung eines Kammes'gemäss dem gekannten Patent lässt sich die Geschwingkeit mit deer auf die hochviskose Flüssigketi eingewikt wird, sauf ein Mehrfaches steigern, ohne dass eine merkliche Zunahme des Energieverbrauchs eintritt. Auch ist das mit dieser Vorrichtung erzielte produkt weit homogener als dasjenige bei Verwendung bekannter Walzenmaschinen.
Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass dann, wenn die Zähne des Kammes weit genug zwischen die Walzen reichen, ohne sie zu blerühren, , der von den Walzen auf ihrer Oberfläche mitgeführte Flüssigkeitssfilm ein Profil annimmt, das von dem bisher beobachteten Profil vollständig abweicht. Un- terhalb der Stellen zwischen je zwei Zähnen des Kammes werden nämlich d2nne und hohe Flüssigkeitsrippen in zu den Walenachsen senkrechten Ebenon, auf dem Film gebildet. Infolgedessen mimmt die Flüssgiektismasse das Aussehen zwieier gerippter Zylinder an.
Auf diese Weise wird die Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes um den Faktor 2 bis 4 vergrössert ; dies hängt unter anderem vom Abstand zwischen benachbarten Zähnen ab.
Wenn massive Zähne verwendet werden, ist die Einleitung der Rippenbildung in manchen Fällen schwierig, z. B., wenn der Kamm erst dann in seine Arbeitsstellung gebracht wird, wenn eine ausreichende Flüssigkeitsmenge über den Walzen steht. Die Rippenbildung ist nur dann unter allen Umständen gewährleistet, wenn die Zähne hohl sind und beid seitig iin, freier Verbindung mit der Umgebung stehen.
Führt man den, hohlen Zähnen kurzzeitig einten ge- ringen Uberdruck über eine entsprechende Druck- leitung zu, so lässt sich die Rippenbildung zu Beginn des Prozesses positiv beednftussen.
In vielen Fällen wind allerdings durch die ge- nannte Maänahme die Konstruktion der Wazlenmachine und die Ausführuntg des Prozasseskompli- ziert. Ferner hat sich gezeigt, dal3 der Kamm den Zufluss der Flüssigkeit zu den Walzen und die Strömung oberhalb derselben ungünstig beeinflusst.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile da- durch'beseitiigt, dass die Zähne des Kamnies ent- gegen der Drehrichtung der Walzen zwischen diese hineinreichen.DerKamm'greiftalsonichtvon oben, sondera von unten zwischen die Walzen ein.
Vorzugsweise ist der Kamm so angeordnet, dass seine Zähne vertikal verlaufen. Die Gestatlt der Zähne ist nicht kritisch. Aus praktischen Gründen wird man einem rechteckigen Querschnitt den Vorzug graben, bei dem die kurzen Rechteokseiten parallel zur Walzenoberfläche verlaufen. Bei Anwendung eines'kleinen Abstandes zwischen'den Zähnen und den Walzen wird so die Oberflächenschicht der Flüssigkeit an diesen Stellen wfirkaam gestort.
Es wurde gefunden, Idass bai der erEndumgsge- mässen Vorrichtung unber allen Umständen die Flüs- sigkeit rasch stabile Rippen ausbildet, auch wenn anfangs kein Gas durch die hohlen Zähne geleitet wird. Der Effekt tritt ebenso auch auf, wenn massive Zähne verwendet werden ;, auch macht es keinen unterschied, ob der Flüssigkeitsfilm vor oder nach der Verbringung das Kammes. in seine Arbeitssteihmg gebildet wird.
Uberraschenderweise zeigt der Flüssigkeitsfilm, der durch die vertikal nach oben ragenden Zähne geteilt wird, keinerlei Tendenz, an den Zähnen entlang herabzufliessen. Ausser an lihren Spitzen bleiben die Zähne vollkommen flüssigketistfrei.l
Es wurde weiter gefunden, dass die Höhe der gebildeten Rippen davon abhängt, wie weit die Zähne zwischen die Walzen hineinreichen. Je früher der Flüssigkeitsfilm zwischen den Walzen aufgeteilt wird, desto schmäler und niedriger werden die ausgebildeten Rippen im allgemeinen.
So ist es beispielsweise möglich, die Rippen in Längsrichtung der Walzen allmählich in der Höbe labrehmlen zu lassen oder den Einfluss möglicher Unterschiede in der Viskosi- tät auf die Rippenhöhe auszugleichen, indem die Eingriffstie, der Zähne zwischen die Walzen ver ändert wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ihr geringer Energieivertmaiuch. Der Energieverbrauch kann bis zu 50 % niedriger als im Falle der bekannten Vorrichtung sein. Die brem- sende Wandfläohe in der Flüssigkeit ist nämlich auf ein Minimum reduziert, so dass das zur Drehung der Walzen erforderliche Drehmoment klein bleibt.
So bleibt auch. der Energieverlust sehr klein und der Temperaturnstieg des produktes ist minimal. Für temperaturepfindlich Substanzen'und im. Falle sehr hoherViskositätenist'diesvontgross.emVorteil,weil die Temperturregelung dann weniger schwierig wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Vergrösserung der Ketteinlange eines diuroh Polykondenaaftion erhaltenen syntheti- schen Polymers zeigt.
Das zubehandelndesynthetischePolymeristein lineares Polykondensat von Äthylenterephthaltaft.
Wenn dessen Kettenlänige vergrössert werden soll, d. h., wenn die Viskosität erhöht werden soll, muss Glycol aus dem Reaktionsgemisch verdampft werden.
Fig. l zeigt die erfindungsgemässe Vonrichtuntg im Längsschnitt längs der linie I-I in Fig. 2.
Fig. 2 ist ein Querschnitt längs II-II in Fig. 1.
Fig. 3 und'4 zeigen im Quer-und Längsschnitt längs den Linien II-III bzw. IV-IV das Profil des behandelten Reaktionsgemischs.
Fig. 5 ist eine Draufsicht der erzeugten Flüssig- keitsmppen längs V-V in Fig. 3.
Die Ziffern 1 und 2 in Fig. 1 und 2 beeichnen zwei parallèle zylindrische Walzen,'die in einem ge- wissen Abstand voneinander angeordnet sind. Die Walae 2 ist auf einer frai drehbarem Welle (nicht dargestellt) angeordnet, während Walze 1 auf einer Welle
3 sitzt, die in der Pfeilrichtung angetrieben wird. Die Welle. 3 ist in Lagern 4 und 5 igelagert. Die beiden Walzen l'umd 2 sind mittels zweier Zahnräder 6 und 7 derart verbunden,.dasssie in entgegengesetztem Richtungen und mit gleichen Drehzahlen unlaufen.
Erfindungsgemäl erstrekcen sich die Zähne 8 eines Kammes nach oben zwischen die Walzen. Die Zähne
8 sind über ein Verteilerrohr 9 mit einer Stange 10 verbunden, die verstellbar am maschinengestell aufgehängt ist. Das weiber zu kondensierende Polyäthylenterephthalat kann mittels einer Düse 12 nahe einem Ende der Walzen zugeführt werden.
Infolge der leicht gekrümmten Form der Zähne 8 wird das Polykondensat, wenn die Walzen sich in Drehung befinden, langsam zum anderen Walzen zende transportiiert, wo es abgekratzt und uber veine Abflussleibung abgeführt werden kann. Die letzberen Einzelheiten sind der Deutlichkeit halber weggelas sen. Aus dem reichen Grunde sind der Antrieb für dile Welle 3, ein vaknumdiohtes Gehäuse für das ganze Gerät und die zugahömge Absafugleitung nicht dargestellt.
We aus Fig. 3 herovrgeht, bleibt ein Teil der hochviskosen Flüssigkeitsmasse zwischen und lauf den Walzen lalls etwas durchhängende Materialrolle 13 stehen. Diese Materialrolle 13 ist an den beiden Strinseiten durc die Wände 16 und 17 i (Fig. 1) ab geschlossen. Ois Lage der Rolle 13. ist ausserorint lich stabil. Ihre Gestalt ist durch die Viskosität der Flüssigkeit und die Drehaahl der Walzen bestimmt.
Je'grösserdieseWertesmd,destomehrnähertsichdie freie Oberfläche der Rolle 13 der Gestalt eines Kreis- zylinders. Innerhalb dieser Rolle läuft die Flüssigkeitsmasse kräftig in Richtungen um, die durch die Pfeile angedeutet sind. Ein Teil der Flüssigkeit wird ständig vom dem Walzen mitgenommen und zwischen diesen in Abwärtsricbtuag geführt. Unber den Walzen wird diese Flüssigkeitamasae an zwei Flüssig keitsfilme getrennt, die je von einer Walze mitgenommen und oberhalb der Walzen wieder in die Rolle 13 eingedrückt werden.
Infolge der Anwesenheit der Zähne 8 des er findungsfgemässen Kammes nehmen die beiden Flüs- sigkeitsfilme eine sehr spezielle Gestalt. an. In den Transversalebenen der Zähne 8 werden die Filme viel dünnler und zwischen den Zähne bilden sich hohe Flüssigkaitsrippen 14 (siehe Fig. 3 und 4). Die Höhe dieser Rippen betrngt beispielsweise das 1-bis 1, 5fache der Breite des Zwischenraumes zwischen ihnen. Infolgedessen erhält man eine Oberflächen- vergrösserung von 200 bis 300 % der freien Film oberfläche.
Schon dies allain bewirkt, dass die Geschwindigkeit, mit der das Glykol aus dem Reaktions gemisoh verdampft, um einen Faktor 3 bis 4 erhöht wird, was eine erhebliche leistungssteigerung der Vorrichtung mit sich bringt. Es sind aber noch andere Faktoren vorhanden, die eine weitere Laistungsstei- genung hervorrufen. So wurde gefunden, dal bei dem hervorgerufanen Strömumgsbild die Homogenisierung innerhalb der Rolle 13 gründlicher ist, als wenn keine Flüssigkeitsrippen 14 gebildet werden. Die an den Oberflächen zur Verdampfung verfügbar wend, ehide Flüssigkeit wird rascher ersetzt.
Der Effekt wird noch durch'die Tatsache verstärkt, dass die Flüssig- keit sich allmählich vom einen Ende der Maschine zum anderen verlagert, während die Flüssigkeitsrippen selbst an ihrem Platze bleiben. Auf diese Weise strpmen Teile des Flüssigkeisstromes nacheinander über alle Rippen md die Zwischenräume zwischen, diesen, so dass diie Flüssigkeit noch gründlicher durch- gemischt wird. Die mischwirkung wird weiter verbessert, wenn man dem Kamm eine hin und her gehende Bewegung in Längsrichtung erteilt.
Besonders gründlich wird aber die Flüssigkeit . an den Stellen durchgemischt und homogenisiert, wo die Flüssigkeitsrippen 14 in die Rolle 13 eingepresst warden. Wie afus Fig. 3. und insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, laufen die Rippen nicht in. dite Rolle 13 ein, ohne aus ihren eigenen Ebenen abzuweichen. Die Rippen 14 wertden nämlich dort ziehharmonikaarfu (°t in Falten 15 zusammeagedrückt und m dfieser Ge- stalt in die Fliissigkeitsrolle 13 eingeführt. Auf diese e Weise verbreiten sich die entgasten Flüssigkeitsteile sehr stark seitlich. Infolgedessen wird die Diffusion von Glycol zu jdan frischen Rippenflächen, die nach folgend gebadet werden, stark. beschleunigt.
Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung als Emulgierungsmaschine verwendet werden soll, wird , das zu emullgienende Gas oder die niedrigviskose Flüssigkeit sehr wirksam in den Falten 15 eimge fanjgen und nachfolgend durci. die Flüssitgbaitsmasse verbreitet. Infolgedessen ist auch die lösungsge schwindiigkeit eines niedrigviskosen Mediums, das im hochviskosen Mediuni lösbar ist, erfheblich erhöht.
Die konstrmktive Ausbildung der beschriebenen Vorrichtung und ihre Anwendungen erlafuben zahl- reiche Abänderungen. Beispielsweise kpnnen die An zahl der Zähne und ihre Gestalt weitgehend abge- ändert werden, ohne dass diese Abänderungen zu erheblichen Abweichungne in der Ariboitswaise der Vorrichtung führen. Dasselbe. gilt für die Abmes- sungen der Walzen.