CN109715358B - 用于生产具有球形结构的粉状塑料的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产具有尽可能球形结构的粉状塑料的装置，包括：容器(30)，其限定内部空间(32)；喷嘴装置(7)，其设置在内部空间(32)的上部区域中并且其连接到用于产品(2)的热熔体的供应输送管道(3)，其中熔体离开喷嘴装置(7)并分离成向下落在内部空间(32)中的小液滴；以及用于低温气体的供应单元(6)，所述供应单元具有多个出口开口，低温气体在主要为液体的状态下供应到这些出口开口，并且低温气体流离开这些出口开口进入内部空间(32)中，所述低温气体流与小液滴接触。供应单元(6)位于喷嘴装置(7)的上方或在与喷嘴装置(7)相同的高度处。根据该方法，产品(2)的热熔体以喷射锥体的形式离开喷嘴装置(7)，低温气体流以锥体的形式离开供应单元(6)，并且喷射锥体位于锥体内部。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产粉状物质、具体是塑料的装置和方法，其具有尽可能球形的结构。
背景技术
这种方法和这种装置从EP 945 173 B1是已知的。在这种情况下，具有大致三个区域的温度梯度形成在容器的内部空间中，即，从上到下观察的热区域、相比较来说较冷的固定区域以及又比后者更冷的冷却区域。该方法和该装置原则上已经证明它们的价值并且被用在多种情形中。然而，在操作中，已多次发现在产品的沉积物上积聚在供应单元上。还发现产品有时会沉积在内部空间的壁上。
美国专利6 903 065 B2描述了根据上述欧洲专利说明书EP 945 173 B1 的这种三层法。该专利本身涉及50μm至300μm，特别是大于100μm的典型颗粒尺寸的制造。
从德国未审查申请DE 10302979 A1和DE 10339545 A1和相同申请人的国际申请WO 2004/067245A1已知一种方法，其中在挤出机中生产粘度起始材料，然后将其在喷雾装置中喷洒已形成熔体液滴。熔体液滴在冷却装置中冷却到由起始材料生产的粉末颗粒基本上不再具有表面粘着性的程度。压缩空气在喷嘴出口处供应到喷雾装置，因此它类似于水射流泵运行。这些文献还提到DE 197 58 111，并描述了喷射塑料时的问题，即高粘度塑料不能如DE 197 58 111描述的那样处理，其较佳地设计用于金属粉末的生产。在较高的温度下，塑料将具有足够低的粘度，但它们已经在化学上分解。但这正是需要避免的。因此，喷射塑料的问题是待喷射的产品具有较高的粘度。必须在不发生化学变化的温度下喷射。
美国专利6 171 433 B1也根据喷雾方法运行。从美国专利3 166 613 A 和美国专利3 408 007 A知晓了用于高粘度物质、特别是塑料的喷雾的喷嘴。
美国专利说明书8 883 905 B2涉及粉末涂覆材料。其描述了关于颜料颗粒的塑料颗粒。塑料颗粒的粒度在5至100微米、特别是15至60微米的范围内。
目的是使平均粒度小于500μm、特别是小于100μm，例如在30-100μm 范围内的颗粒。最高上界可规定为800μm。存在于排出装置中的细粒材料可以在进一步的步骤中处理；例如，可分离细颗粒内容物，即小于45、10 或5μm的颗粒。在另一步骤中可以将尺寸大于100μm的内容物返回到处理工艺，例如研磨工艺。
在此基础上，本发明基于改善和发展现有的装置和方法，特别是根据 EP 945 173B1，使得尽可能避免产品在供应单元和内部的各壁上沉积，并且可以具体地影响获得的球形结构的尺寸。
该目的是通过一种用于生产粉状物质、具体是具有尽可能球形结构的塑料的装置实现，其中喷射和冷却化学-技术产品，包括：a)界定内部空间的容器，b)喷嘴装置，其设置在内部空间的上部区域中并且其连接到用于产品的热熔体的供应输送管道，其中熔体离开喷嘴装置并分离成向下落在内部空间中的小液滴，c)用于低温气体(Cryogas)、较佳地为CO2或N2的供应单元，其具有以周向分布方式设置的若干出口开口，并且低温气体在主要为液体的状态下供应到这些出口开口，并且低温气体流离开这些出口开口进入内部空间中，该低温气体流与小液滴接触，以及d)气动排出装置，其在内部空间的下部区域中，用于排出冷却的粉状物质；在此情况下，供应单元具体地位于喷嘴装置的上方或与喷嘴装置的高度相同，并且任何情况下都在喷嘴装置的喷射锥体的上方和外侧。
关于该方法，目的是通过一种用于生产粉状物质、具体是具有尽可能球形结构的塑料的方法实现，通过喷射和冷却化学-技术产品，包括以下方法步骤：e)提供界定内部空间的容器，f)提供喷嘴装置，并将喷嘴装置设置在内部空间的上部区域中，将产品的热熔体供应到喷嘴装置，其中熔体分离成小液滴离开并且液滴向下落在内部空间中，g)提供用于低温气体、较佳地为CO2或N2的供应单元，其具有以周向分布方式设置的多个出口开口，并且低温气体在主要为液体的状态下供应到这些出口开口，并且低温气体流离开这些出口开口进入内部空间中，该低温气体流与小液滴接触，以及h)提供气动排出装置，其用于排出冷却的粉状物质，并将该排出装置设置在内部空间的下部区域中，其中，产品的热熔体以喷射锥体的形状离开喷嘴装置，低温气体流以锥体或锥形的形状离开供应单元，并且喷射锥体位于锥体内部。
在这种情况下，供应单元较佳地位于喷嘴装置的上方或在与喷嘴装置相同的高度处。将其布置成使得它避免来自喷嘴装置的液滴或颗粒能够冲击供应单元。产品的热熔体较佳地以喷射锥体的形状离开喷嘴装置，低温气体流较佳地以锥体的形状离开供应单元，特别是锥体包络的形状。如果喷射锥体位于锥体内部，则低温气体流形成围绕喷射锥体的包络。因此避免了颗粒能够到达内部空间的壁并粘附在那里。因此增加了产出。供应单元也可以设置在喷嘴装置下方，只要它定位在喷射锥体外侧即可。供应单元在喷嘴装置的上方或至少在喷嘴装置附近的布置提供了低温气体的包络流的可能性。较佳地，供应单元是环形的。然而，距喷嘴装置的距离不应大于供应单元的最大内直径，特别是大于供应单元的直径。
令人惊奇地，发现离开供应单元的液滴的尺寸与获得的粉末的粒度或细度相关。液滴的尺寸是在排出装置中产品的粒度分布的重要参数。
供应单元和喷嘴装置的旋转对称布置是较佳的。低温气体较佳地通过环系统供应。喷嘴装置较佳地设置在其中心上或者在中心轴线上。供应单元和喷嘴装置之间的垂直距离较佳地小于外部尺寸，特别是小于供应单元的内部尺寸。从横向于垂直方向观察，供应单元的自由内部尺寸较佳地大于喷嘴装置的外部尺寸。
低温气体的体积流适合于离开喷嘴装置的颗粒流要消散的热量。低温气体的体积流可以喷雾的形式或以与来自供应单元和容器中不同尺寸的液滴的形式存在。较佳地，体积流可以借助于低温气体的压力、借助于出口开口的数量和它们的横截面来调节。较佳地，供应单元具有尺寸可调节的出口开口。在这种情况下，有利的是，如果所有出口开口的总面积始终保持恒定，或者在任何情况下，正负50％保持恒定，而无论出口开口的对应尺寸如何。这样，所供应的低温气体的体积流保持独立于出口开口的出口横截面的调整。也可以为供给单元提供许多不同的环，并且在每种情况下，在容器中以可替换的方式仅设置这些环的一个，或者在容器中设置若干个环并在每种情况下仅使用一个。无论供应单元的构造如何，如果所有出口开口具有相同的出口横截面则是有利的。颗粒尺寸可借助于出口开口的横截面调节。在实际应用中，后者较佳地在0.1mm和8mm之间，特别是在 2mm和6mm之间。
附图说明
从本发明的示例性实施例的下述说明中，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，本发明的示例性实施例应被理解为非界制性的并且下面将参照附图进行解释。附图包括单个图1；其示出了用于生产具有尽可能球形结构的粉末状塑料的设备的示意图。
具体实施方式
为了描述，使用右手的正交x-y-z坐标系。z-轴垂直地并且沿向下方向延伸。x-y平面是水平的。
通过泵4，经由用于热熔体的输送管道3输送来自熔体容器1中的产品 2。对于该产品，使用的温度略微低于产品化学变化的温度。所选择的产品的粘度尽可能小是有利的，因为然后喷射工艺比在较高的粘度值的情况下更容易地进行。
在泵4之后，输送管道3通向容器30中。后者大致是圆筒形的。其内直径例如在1m和4m之间，特别是在2m和3m之间。容器30在其内部可以具有6-12m的高度，特别是8-10m的高度。圆筒的轴线与z-轴平行延伸。容器30的底部的形状是截头锥体并且在底部处通向端口；在该处设有气动排出装置10。容器30具有内部空间32。
输送管道3在容器30内终止于喷嘴装置7。可以看到，喷嘴装置7没有其它供给管道。在泵4施加的压力下迫使该产品通过喷嘴。喷嘴装置7 以已知的方式具有多个小喷嘴开口。它们位于喷嘴装置7的下表面处，因此位于x-y平面中。下表面可以是弯曲的。它以z-轴为中心。该熔化的产品从喷嘴开口离开，例如以细线的形式，其向下分离成液滴。随着与喷嘴开口的距离增加，自由下落的颗粒形成逐渐变圆的形状；它们在z方向上向下落入内部空间32中。
从上方通过上部容器封闭件，在输送管道3旁边设有用于低温气体的供给管道5。前者来自源14。根据需要，液氮、CO2或类似物都是可能的低温气体。
在内部空间32中的喷嘴装置7的略微上方设置有用于低温气体的供应单元或装置6。在z方向的距离小于供应单元6的外直径。后者连接到供给管道5并且构造为环系统。它包括闭合以形成圆环的管，并且在其下侧具有多个出口。该环位于x-y平面中，出口的开口指向z-方向。它们可以以与z-方向成正负30°的角度取向，特别是正负15°。在x-y平面中测量的每个情况下，供应单元6的内直径大于喷嘴装置7的外径。供应单元6相对于容器轴线和z-轴对中设置。
产品的热熔体以大致在z方向的喷射锥体8的形式离开喷嘴装置7。低温气体流以锥体9的形式离开供应单元6。喷射锥体8和锥体9同轴。喷射锥体8完全位于锥体9内部。更具体地，喷射锥体8和锥体9具有截头锥体的形状。锥体9具有相应的锥形角度并取向为使得其大致指向容器30的底部。如果有的话，它仅指向内部空间32的壁的下部，例如内部空间32的圆筒形壁的高度的最低20％。喷射锥体8取向为使得它仅指向容器30的底部。喷射锥体8和锥体9具有共同的轴线。在附图中，y-轴垂直于纸的表面延伸。如果在y-z平面内观察带有其配件的容器，视图不会改变。换句话说，除了可能以非旋转对称的方式布置的供给管道5和/或输送管道3之外，带有其配件的容器是旋转对称的。
由于供应单元6的环形构造，低温气体以锥体包络的形状离开供应单元6。具体地，设置在其下的喷嘴装置7不直接被低温气体冲击。它位于锥体包络内。如果供应单元6位于略微上方或在与喷嘴装置7相同的高度处，则它防止喷嘴装置7本身被冷却，即低温气体直接冲击它。将供应单元6 和喷嘴装置7布置为，使得锥体包络位于喷嘴装置7的外侧并且供应单元6 在z-方向上接近喷嘴装置7，使得低温气体不能终结在喷嘴装置上，而产品也不能终结在供应单元6上。
从气动排出装置获得的微塑料粉末经由管道11进给到细料分离器12；旋流器连接到后者的下游。在输出处设有输送风扇13。在该处，可以去除成品。
用于生产具有尽可能球形结构的粉状塑料的装置包括：容器30，其界定内部空间32；喷嘴装置7，其设置在内部空间32的上部区域中并且其连接到用于产品2的热熔体的供应输送管道3，其中熔体从喷嘴装置7离开并分离成向下落在内部空间32中的小液滴；用于低温气体的供应单元6，其具有多个出口开口，低温气体在主要为液体的状态下供应到这些出口开口，并且低温气体流离开这些出口开口进入内部空间32中，该低温气体流与小液滴接触。供应单元6位于喷嘴装置7的上方或在与喷嘴装置7相同的高度处。根据该方法，产品2的热熔体以喷射锥体8的形状离开喷嘴装置7，低温气体流以锥体的形状离开供应单元6，并且喷射锥体位于锥体内部。离开供应单元6的低温气流较佳地不直接指向喷嘴装置7。它在喷嘴装置7 的下方冲击喷射锥体8。
附图标记列表：
1 熔体容器
2 产品
3 热熔体输送管道
4 泵
5 低温气体供给装置-供给管道
6 环系统低温气体供应-供应单元
7 熔体喷嘴装置
8 喷射锥体
9 锥体
10 气动排出装置
11 管道
12 细料分离器
13 输送风扇
14 低温气体源
30 容器
32 内部空间
Claims (12)
1.一种用于生产粉状物质、即具有球形结构的塑料的装置，其中喷射和冷却化学-技术产品(2)，包括：
a)容器(30)，所述容器(30)界定内部空间(32)，
b)喷嘴装置(7)，所述喷嘴装置(7)设置在所述内部空间(32)的上部区域中并且所述喷嘴装置(7)连接到用于所述产品(2)的热熔体的供应输送管道(3)，其中所述熔体离开所述喷嘴装置(7)并分离成向下落在所述内部空间(32)中的小液滴，
c)供应单元(6)，所述供应单元(6)用于低温气体，所述供应单元(6)具有以周向分布方式设置的多个出口开口，并且所述低温气体在主要为液体的状态下供应到所述出口开口，并且低温气体流离开所述出口开口进入所述内部空间(32)中，所述低温气体流与所述小液滴接触，以及
d)气动排出装置(10)，所述气动排出装置(10)在所述内部空间(32)的下部区域中，用于排出冷却的所述粉状物质，
其特征在于，所述供应单元(6)位于所述喷嘴装置(7)的上方或在与所述喷嘴装置(7)相同的高度处；
其中，所述产品(2)的所述热熔体以喷射锥体的形状离开所述喷嘴装置(7)，所述低温气体流以锥体的形状离开所述供应单元(6)，并且所述喷射锥体位于所述锥体内，其中，所述低温气体流形成围绕所述喷射锥体的包络以避免所述热熔体能够到达所述内部空间(32)的壁并粘附在那里。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供应单元(6)构造为环系统，其中所述供应单元(6)的直径为20-100cm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供应单元(6)具有自由内部空间，所述自由内部空间具有大于所述喷嘴装置(7)的外部尺寸的内部尺寸。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述供应单元(6)具有大于所述喷嘴装置(7)的外径的自由内径。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷射锥体和所述锥体具有共同的轴线，并且所述共同的轴线平行于z-轴延伸。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出口开口具有0.1-8mm的自由横截面。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述供应单元(6)具有可调节的出口开口，其中，所述自由横截面的尺寸能以分级或者连续的方式调节。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴装置(7)仅连接到所述输送管道(3)，或者所述喷嘴装置(7)还附加地连接到第二管道，具体地，压缩空气流动通过所述第二管道。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述输送管道(3)中设置有泵。
10.一种用于通过喷射和冷却化学-技术产品(2)来生产粉状物质、即具有球形结构的塑料的方法，包括下列方法步骤：
a)提供容器(30)，所述容器(30)界定内部空间(32)，
b)提供喷嘴装置(7)，并将所述喷嘴装置(7)设置在所述内部空间(32)的上部区域中，将所述产品的热熔体供应到所述喷嘴装置(7)，其中所述熔体分离成小液滴离开并且所述液滴向下落在所述内部空间中(32)，
c)提供供应单元(6)，所述供应单元(6)用于低温气体，所述供应单元(6)具有以周向分布方式设置的多个出口开口，并且所述低温气体在主要为液体的状态下供应到所述出口开口，并且低温气体流离开所述出口开口进入所述内部空间(32)中，所述低温气体流与所述小液滴接触，以及
d)提供气动排出装置(10)，所述气动排出装置(10)用于排出冷却的粉状物质，并将所述排出装置(10)设置在所述内部空间(32)的下部区域中，
其中，所述产品(2)的所述热熔体以喷射锥体的形状离开所述喷嘴装置(7)，所述低温气体流以锥体的形状离开所述供应单元(6)，并且所述喷射锥体位于所述锥体内部，其中，所述低温气体流形成围绕所述喷射锥体的包络以避免所述热熔体能够到达所述内部空间(32)的壁并粘附在那里。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述热熔体在过压力下供应到所述喷嘴装置(7)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，离开所述供应单元(6)的低温气体流不直接朝向所述喷嘴装置(7)导向。
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