Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von nieder- bis hochviskosen Flüssigkeiten mit einer Schnecke, die in einem Gehäuse angeordnet ist, welches einen Materialeingabestutzen, einen Gasabzugsstutzen und eine Produktaustrittsöffnung enthält.
Für die hochviskosen Massen einerseits und die niedrigviskosen Flüssigkeiten andererseits sind wirksame Behandlungsvorrichtungen in Form von Dünnschichtverdampfern, Walzentrocknern u. a. bekannt. Sie haben aber den Nachteil, dass sie jeweils nur für einen verhältnismässig engen Viskositätsbereich geeignet sind und verschiedene Bearbeitungsmängel erkennen lassen.
So scheiden z. B. Dünnschichtverdampfer bei hochviskosen Flüssigkeiten auf Grund der Zähigkeit und bei niedrig viskosen Flüssigkeiten auf Grund der zu geringen Verweilzeit aus. Walzentrockner sind nur für schnell eintrocknende oder kristallisierende und leicht abschabbare Stoffe brauchbar. Darüberhinaus arbeiten diese Einrichtungen beim Arbeiten unter Schutzgas oder Vakuum nur mit erheblichem technischem Aufwand. Bei der Behandlung von hochviskosen Flüssigkeiten, W \ 200 P, zeigt es sich, dass sich bei Vorrichtungen, die Gebiete geringer Schergeschwindigkeit besitzen, die Flüssigkeit konzentriert und somit Totgebiete bilden. Des weiteren wird mit bekannten Apparaturen in Kaskadenschaltung gearbeitet. Dabei ist aber das Verweilzeitspektrum zu breit, um sie für empfindliche Materialien einsetzen zu können.
Zweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Behandlung von viskosen Flüssigkeiten zu schaffen, die sich insbesondere für die kontinuierliche Durchführung der Polykondensation des Terephthalsäureglykolesters eignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die einmal einen kontinuierlichen Austrag des Produkts bei Vermeidung von Materialstauungen und zum anderen einen ungehinderten Abzug von sich bildenden Gasen usw. ermöglicht.
Dabei soll sie sich für den breiten Viskositätsbereich von 10 cP bis 104P eignen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Gehäuse eine Schnecke angeordnet ist, welche die Form einer ein- oder mehrgängigen Schraubenfeder hat. Sie ist vorzugsweise nur an einem Ende gelagert und angetrieben. Das Gehäuse besitzt einen Stutzen zum Einfüllen des zu behandelnden Materials, einen für die abzuziehenden Gase und eine Produktaustrittsöffnung, wobei, ausgehend von der Förderrichtung der Vorrichtung der Gasabzugsstutzen vor dem Stutzen für die Einfüllung des zu behandelnden Materials angeordnet ist.
Bei einer Verbesserung des Erfindungsgegenstandes sind am Umfang der erfindungsgemässen Schnecke und/oder an der Innenwand des Gehäuses Rippen oder Vorsprünge angeordnet.
Eine andere Verbesserung sieht vor, dass die Schnecke aus einem hohlen Material gestaltet ist und ggf. dieser Hohlraum des Schneckenmaterials auch noch unterteilt ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Deckel des Gehäuses lösbar angebracht, um die Schnecke austauschbar zu erhalten und damit die Schnecke jeweils sowohl in der Querschnittsform ihres Materials ais auch in ihrer Steigung dem zu verarbeitenden Stoff anzupassen.
Zur Beeinflussung des Vorganges in der Vorrichtung sind zweckmässigerweise auf der Schnecke zwischen den einzelnen Gängen Stauringe befestigt.
Sie kann konisch gestaltet und das Gehäuse entweder in der gleichen oder davon abweichenden Form ausgeführt sein.
Dieser Extruder übernimmt beim Arbeiten unter Vakuum die Weiterförderung des Produktes gegen die Aussenluft und verhindert dadurch, dass diese in das Innere der Vorrichtung eindringt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 die Vorrichtung mit einem an der Produktaustrittsöffnung angeschlossenen Extruder im Schnitt,
Fig. 2 einen Teil der Spirale mit angebrachten Führungselementen und
Fig. 3 einen Teil der Spirale mit einem an dieser befestigten Stauring.
Die Spirale 7 ist an der Welle 11 befestigt und läuft einseitig gelagert in dem geschlossenen Gehäuse 8. Sie kann konisch gestaltet und das Gehäuse entweder in der gleichen oder davon abweichenden Form ausgeführt sein. An dem in das Gehäuse 8 ragenden Ende der Welle 11 ist eine ausgebohrte Buchse 12 mit seitlichen Löchern versehen angeordnet, die die Weiterleitung der sich in dem Hohlraum der Vorrichtung innerhalb der Spirale bildenden Gase zum Stutzen 1 ermöglicht. An dem Gehäuse 8 sind ein Stutzen 9 zur Einführung des zu behandelnden Matenals, ein Stutzen 10 für die abziehenden Gase und eine Austrittsöffnung 2 für die Ableitung des entstandenen Produkts angeordnet. Dabei liegt der Gasabzugstutzen 10, in Förderrichtung betrachtet, vor dem Materialeinfüllstutzen 9.
An der Produktaustrittsöffnung 2 ist, um einen Materialstau zu vermeiden, vorzugsweise exzentrisch zur Spiralenachse ein Extruder angebracht, bei dem die Schnecke 3, die in dem Zylinder 1 des Extruders läuft, am Ende mit einem regulierbaren Kegel versehen.
Damit wird eine Regulierung des Druckaufbaues innerhalb der Extruderschnecke vorgenommen. Des weiteren befindet sich in dem Extruder eine mit Schutzgas spülbare Laterne 4, die die Stopfbüchse 5 vor der Berührung mit dem austretenden Material schützt. Das entstandene Produkt wird nach dem Durchlauf des Extruders durch den Stutzen 6 abgezogen. Um die Verweilzeit des Produktes in der Vorrichtung variieren zu können, sind an der Spirale 7 und/oder an der Innenwand des Gehäuses 8 Rippen oder Vorsprünge 13 angebracht. Dabei wird zugleich eine bestimmte Schichtdicke des Produktes garantiert. Der Deckel des Zylinders 8 ist lösbar gestaltet und ermöglicht die rasche Austauschbarkeit der Spirale 7, wobei diese unterschiedliche Querschnittsform und Steigung, entsprechend dem zu verarbeitenden Material, aufweist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Das zu polykondensierende Material gelangt durch den Einfüllstutzen 9 in den Innenraum des Gehäuses 8. Dort wird es durch die Spirale 7 transportiert, wobei die Elastizität der Spirale 7 durch geeignete Dreh- und Förderrichtung zur Einstellung des gewünschten Spaltes zwischen Spirale 7 und Gehäuse 8 ausgenutzt wird.
Die sich bei dem Transport des Produktes durch das Gehäuse 8 bildenden Gase werden im Gegenstrom über den Abzugsstutzen 10 abgesaugt. Das polykondensierte Produkt wird nun in den angeschlossenen Extruder mit Hilfe seiner Schnecke 3 durch den, den Druckaufbau regulierenden Kegel gefördert. Dieser Extruder übernimmt beim Arbeiten unter Vakuum die Weiterförderung des Produktes gegen die Aussenluft und verhindert dadurch, dass diese in das Innere der Vorrichtung eindringt und gelangt in die Laterne 4 und dann durch den dort angebrachten Stutzen 6 zum Austrag.
Bei der Förderung des Produktes in der Schnecke 3, deren Drehzahl entsprechend dem zu fördernden Gut mit der Drehzahl der Spirale 7 abgestimmt sein muss, wird innerhalb der Schnecke 3 ein Druck aufgebaut. Dadurch dichtet das Produkt selbst beim Arbeiten unter Vakuum gegen die Aussenluft ab. Zur Ver änderung der Verweilzeit kann die Vorrichtung unter einen Winkel von 0-90 gegen die Horizontale geneigt werden.
Um einen grösseren Durchsatz pro Zeiteinheit zu erreichen, ist es vorteilhaft, mehrere Vorrichtungen übereinander oder hintereinander zu schalten, wobei dann die letzte in den Extruder mündet.
Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass die viskosen Massen keine Möglichkeit haben, sich an Stellen geringer Schergeschwindigkeit abzulagern oder zu stauen, da das Innere der Spirale 7 masselos ist.
Dadurch wird die Absaugung der Gase erleichtert, wobei ein Zusetzen des Gasabzugsstutzens infolge seiner Lage unmöglich ist. Die Masse wird zwischen Spirale 7 und Gehäuse 8 einer starken Scherung ausgesetzt, wodurch die Durchmischung gefördert wird.
Somit ergibt sich ein grosses Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was eine schnellere Behandlung ermöglicht. Die beschriebene Vorrichtung ist einfach im Aufbau und unterscheidet sich somit vorteilhaft von bekannten Vorrichtungen.
Device for treating liquids
The invention relates to a device for the treatment of low to high viscosity liquids with a screw, which is arranged in a housing which contains a material input nozzle, a gas discharge nozzle and a product outlet opening.
For the high-viscosity masses on the one hand and the low-viscosity liquids on the other hand, effective treatment devices in the form of thin-film evaporators, drum dryers and the like are available. a. known. However, they have the disadvantage that they are only suitable for a relatively narrow viscosity range and reveal various processing defects.
So divorce z. B. Thin film evaporator for highly viscous liquids due to the viscosity and for low viscosity liquids due to the short residence time. Drum dryers can only be used for quickly drying or crystallizing and easily scraped-off materials. In addition, when working under protective gas or vacuum, these devices only work with considerable technical effort. When treating highly viscous liquids, W \ 200 P, it is found that in devices that have areas of low shear rates, the liquid is concentrated and thus dead areas are formed. Furthermore, known apparatuses are used in cascade connection. However, the residence time spectrum is too broad to be able to use them for sensitive materials.
The purpose of the invention is to create a device for the treatment of viscous liquids which is particularly suitable for the continuous implementation of the polycondensation of the terephthalic acid glycol ester.
The invention is based on the object of developing a device which, on the one hand, enables continuous discharge of the product while avoiding material stagnation and, on the other hand, enables unhindered evacuation of gases etc. which are formed.
It should be suitable for the broad viscosity range from 10 cP to 104P.
According to the invention, the object is achieved in that a screw is arranged in a housing, which has the shape of a single or multiple helical spring. It is preferably mounted and driven at only one end. The housing has a nozzle for filling in the material to be treated, one for the gases to be withdrawn and a product outlet opening, the gas discharge nozzle being arranged in front of the nozzle for filling in the material to be treated, starting from the conveying direction of the device.
In an improvement of the subject matter of the invention, ribs or projections are arranged on the circumference of the screw according to the invention and / or on the inner wall of the housing.
Another improvement provides that the screw is designed from a hollow material and, if necessary, this cavity of the screw material is also subdivided.
In a special embodiment of the device, the cover of the housing is detachably attached in order to keep the screw exchangeable and thus adapt the screw to the material to be processed both in the cross-sectional shape of its material and in its pitch.
To influence the process in the device, baffle rings are expediently attached to the screw between the individual courses.
It can have a conical shape and the housing can be designed either in the same shape or in a different shape.
When working under vacuum, this extruder takes over the further conveyance of the product against the outside air and thereby prevents it from penetrating the interior of the device.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Show it
1 shows the device with an extruder connected to the product outlet opening in section,
Fig. 2 shows a part of the spiral with attached guide elements and
3 shows a part of the spiral with a retaining ring attached to it.
The spiral 7 is attached to the shaft 11 and runs on one side in the closed housing 8. It can be conical in shape and the housing can be designed either in the same shape or in a different shape. At the end of the shaft 11 protruding into the housing 8, a bored-out bushing 12 is provided with side holes, which enables the gases that form in the cavity of the device within the spiral to be passed on to the connector 1. On the housing 8, a nozzle 9 for introducing the material to be treated, a nozzle 10 for the gases to be drawn off and an outlet opening 2 for the discharge of the resulting product are arranged. In this case, the gas discharge nozzle 10, viewed in the conveying direction, lies in front of the material filler nozzle 9.
At the product outlet opening 2, in order to avoid a material jam, an extruder is attached, preferably eccentrically to the spiral axis, in which the screw 3, which runs in the cylinder 1 of the extruder, is provided with an adjustable cone at the end.
This regulates the pressure build-up inside the extruder screw. Furthermore, a lantern 4 which can be flushed with protective gas and which protects the stuffing box 5 from contact with the emerging material is located in the extruder. The resulting product is drawn off through the nozzle 6 after it has passed through the extruder. In order to be able to vary the residence time of the product in the device, ribs or projections 13 are attached to the spiral 7 and / or to the inner wall of the housing 8. At the same time, a certain layer thickness of the product is guaranteed. The cover of the cylinder 8 is designed to be detachable and enables the spiral 7 to be exchanged quickly, with this having different cross-sectional shape and pitch, depending on the material to be processed.
The device works as follows:
The material to be polycondensed passes through the filler neck 9 into the interior of the housing 8. There it is transported through the spiral 7, the elasticity of the spiral 7 being used to set the desired gap between the spiral 7 and the housing 8 by a suitable direction of rotation and conveying .
The gases that are formed during the transport of the product through the housing 8 are sucked off in countercurrent via the discharge nozzle 10. The polycondensed product is now conveyed into the connected extruder with the aid of its screw 3 through the cone that regulates the pressure build-up. When working under vacuum, this extruder takes over the further conveyance of the product against the outside air and thereby prevents it from penetrating into the interior of the device and reaching the lantern 4 and then through the nozzle 6 attached to the discharge.
When the product is conveyed in the screw 3, the speed of which must be coordinated with the speed of the spiral 7 in accordance with the material to be conveyed, a pressure is built up within the screw 3. As a result, the product seals against the outside air even when working under vacuum. To change the dwell time, the device can be inclined at an angle of 0-90 to the horizontal.
In order to achieve a higher throughput per unit of time, it is advantageous to connect several devices one above the other or one behind the other, the last one then opening into the extruder.
The device described has the advantage that the viscous masses have no possibility of being deposited or accumulating at points of low shear rate, since the interior of the spiral 7 is massless.
This makes it easier for the gases to be sucked in, and it is impossible to clog the gas vent because of its position. The mass is subjected to strong shear between the spiral 7 and the housing 8, which promotes mixing.
This results in a large surface-to-volume ratio, which enables faster treatment. The device described is simple in structure and thus advantageously differs from known devices.