DE10160535A1 - Radial oder axial reinigende Mischbarren - Google Patents

Radial oder axial reinigende Mischbarren

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Abstract

Mischkneter zur Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit Mischelementen (A, R) an einer Welle (2, 3), welche in etwa in Längsrichtung der Welle (2, 3) oder etwas schräg angestellt verlaufen und zumindest eine Schabkante (14, 18, 21) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils von der Schabkante (14, 18, 21) weg entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelementes Freiwinkel (w¶1¶-w¶6¶) ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Mischkneter zur Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit Mischelementen an einer Welle, welche in etwa in Längsrichtung der Welle oder etwas schräg angestellt verlaufende Schabkanten aufweisen.
  • Derartige Mischkneter dienen sehr vielfältigen Zwecken. Als erstes ist das Eindampfen mit Lösungsmittelrückgewinnung zu erwähnen, welches chargenweise oder kontinuierlich und oft auch unter Vakuum erfolgt. Hierdurch werden beispielsweise Destillationsrückstände und insbesondere Toluoldiisocyanate behandelt, aber auch Produktionsrückstände mit toxischen oder hochsiedenden Lösungsmitteln aus der Chemie und Pharmaproduktion, Waschlösungen und Lack-Schlämme, Polymerlösungen, Elastomerlösungen aus der Lösemittelpolymerisation, Klebstoffe und Dichtmassen.
  • Mit den Apparaten wird ferner eine kontinuierliche oder chargenweise Kontakttrocknung, Wasser- und/oder lösemittelfeuchter Produkte, oftmals ebenfalls unter Vakuum, durchgeführt. Die Anwendung ist vor allem gedacht für Pigmente, Farbstoffe, Feinchemikalien, Additive, wie Salze, Oxyde, Hydroxyde, Antioxydantien, temperaturempfindliche Pharma- und Vitaminprodukte, Wirkstoffe, Polymere, synthetische Kautschuke, Polymersuspensionen, Latex, Hydrogele, Wachse, Pestizide und Rückstände aus der chemischen oder pharmazeutischen Produktion, wie Salze, Katalysatoren, Schlacken, Ablaugen gedacht. Anwendung finden diese Verfahren auch in der Lebensmittelproduktion, beispielsweise bei der Herstellung und/oder Behandlung von Blockmilch, Zuckeraustauschstoffen, Stärkederivaten, Alginaten, zur Behandlung von Industrieschlämmen, Ölschlämmen, Bioschlämmen, Papierschlämmen, Lackschlämmen und allgemein zur Behandlung von klebrigen, krustenden zähpastösen Produkten, Abfallprodukten und Zellulosederivaten.
  • In Mischknetern kann ein Entgasen und/oder Devolatilisieren stattfinden. Angewendet wird dies auf Polymerschmelzen, auf Spinnlösungen für synthetische Fasern und auf Polymer- oder Elastomergranulate bzw -pulver im festen Zustand.
  • In einem Mischkneter kann eine Polykondensationsreaktion, meist kontinuierlich und meist in der Schmelze, stattfinden und wird vor allem verwendet bei der Behandlung von Polyamiden, Polyester, Polyacetaten, Polyimide, Thermoplaste, Elastomere, Silikone, Harnstoffharze, Phenolharze, Detergentien und Düngemittel.
  • Stattfinden kann auch eine Polymerisationsreaktion, ebenfalls meist kontinuierlich. Dies wird angewendet auf Polyakrylate, Hydrogele, Polyole, thermoplastische Polymere, Elastomere, syndiotaktisches Polystyrol und Polyacrylamide.
  • Ganz allgemein können im Mischkneter Reaktionen fest-/flüssig und mehrphasige Reaktionen stattfinden. Dies gilt vor allem für Backreaktionen, bei der Behandlung von Flusssäure, Stearaten, Zyanaten, Polyphosphaten, Cyanursäuren, Zellulosederivaten, -ester, -äther, Polyacetalharzen, Sulfanilsäuren, Cu-Phthalocyaninen, Stärkederivaten, Ammoniumpolyphosphaten, Sulfonaten, Pestiziden und Düngemittel.
  • Des weiteren können Reaktionen fest-/gasförmig (z. B. Karboxylierung) oder flüssig-/gasförmig stattfinden. Angewendet wird dies bei der Behandlung von Acetaten, Aciden, Kolbe-Schmitt-Reaktionen, z. B. BON, Na-Salicylaten, Parahydroxibenzoaten und Pharmaprodukten.
  • Reaktionen flüssig-/flüssig erfolgen bei Neutralisationsreaktionen und Umesterungsreaktionen.
  • Ein Lösen und/oder Entgasen in derartigen Mischknetern findet bei Spinnlösungen für synthetische Fasern, Polyamiden, Polyester und Zellulosen statt.
  • Ein sogenanntes Flushen findet bei der Behandlung bzw. Herstellung von Pigmenten statt.
  • Eine Solid-State-Nachkondensation findet bei der Herstellung bzw. Behandlung von Polyester und Polyamiden statt, ein kontinuierliches Anmaischen z. B. bei der Behandlung von Fasern, z. B. Zellulosefasern mit Lösungsmitteln, eine Kristallisation aus der Schmelze oder aus Lösungen bei der Behandlung von Salzen, Feinchemikalien, Polyolen, Alkoholaten, ein Compoundieren, Mischen (kontinuierlich und/oder chargenweise) bei Polymeren-Mischungen, Silikonmassen, Dichtmassen, Flugasche, ein Coagulieren (insbesondere kontinuierlich) bei der Behandlung von Polymersuspensionen.
  • In einem Mischkneter können auch multifunktionale Prozesse kombiniert werden, beispielsweise Erhitzen, Trocknen, Schmelzen, Kristallisieren, Mischen, Entgasen, Reagieren - dies alles kontinuierlich oder chargenweise. Hergestellt bzw. behandelt werden dadurch Polymere, Elastomere, anorganische Produkte, Rückstände, Pharmaprodukte, Lebensmittelprodukte, Druckfarben.
  • In Mischknetern kann auch eine Vakuumsublimation/Desublimation stattfinden, wodurch chemische Vorprodukte, z. B. Anthrachinon, Metallchloride, metallorganische Verbindungen usw. gereinigt werden. Ferner können pharmazeutische Zwischenprodukte hergestellt werden.
  • Eine kontinuierliche Trägergas-Desublimation findet z. B. bei organischen Zwischenprodukten, z. B. Anthrachinon und Feinchemikalien statt.
  • Mischkneter können ein- oder zweiwellig sein, gleichsinnig oder gegensinnig mit gleicher oder verschiedener Drehzahl drehen.
  • Ein Mischkneter der oben genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 517 068 B1 bekannt. Bei ihm drehen in einem Mischergehäuse zwei achsparallel verlaufende Wellen entweder gegensinnig oder gleichsinnig. Dabei wirken auf Scheibenelementen aufgesetzte Mischbarren miteinander. Neben der Funktion des Mischens haben die Mischbarren die Aufgabe, produktberührte Flächen des Mischergehäuses, der Wellen und der Scheibenelemente möglichst gut zu reinigen und damit ungemischte Zonen zu vermeiden. Insbesondere bei stark kompaktierenden, aushärtenden und krustenden Produkten führt die Randgängigkeit der Mischbarren zu hohen örtlichen mechanischen Belastungen der Mischbarren und der Wellen. Diese Kraftspitzen treten insbesondere beim Eingriff der Mischbarren in denjenigen Zonen auf, wo das Produkt schlecht ausweichen kann. Solche Zonen sind z. B. dort gegeben, wo die Scheibenelemente auf der Welle aufgesetzt sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischkneter der oben genannten Art zu schaffen, bei dem die Reinigungswirkung aufrecht erhalten bleibt, jedoch die Belastung der Mischbarren bzw. der Wellen vermindert wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass jeweils von den Schabkanten weg entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelements Freiwinkel ausgebildet sind.
  • Unter Freiwinkel wird verstanden, dass an die jeweilige Schabkante eine Fläche mit einem sich gegenüber der zu reinigenden Fläche öffnenden Winkel anschliesst. Das Mischelement verjüngt sich quasi gegen die Bewegungsrichtung.
  • Die Freiwinkel verlaufen im Verhältnis zu den zu reinigenden Flächen von diesen weg. Der Freiwinkel kann dabei 3° bis 45° vorzugsweise 10° bis 20° betragen. Hierdurch wird einer Verdichtung von Krusten und einem Bremstrommeleffekt entgegengewirkt.
  • Die Mischelemente können direkt auf die Welle aufgesetzt sein, bevorzugt sind sie jedoch auf dem Umfang von Scheibenelementen angeordnet, die wiederum auf die Wellen aufgesetzt sind. Als Mischelemente kommen vor allem Misch- bzw. Knetbarrenformen in Betracht, wobei im Rahmen der Erfindung alle möglichen Knetbarren wie beispielsweise Schnetzler, Krustenbrecher, Klemmer usw. liegen.
  • Ein zusätzlicher Verfahrensvorteil ergibt sich dadurch, dass im Eingriffsbereich der Mischbarren von zwei Wellen keine Kompressionszonen entstehen. Daraus resultiert eine Zerkleinerung oder Granulierung einer pastösen Produktmasse (z. B. während einer Trockung oder einer Polymerisation) ohne Mahleffekte, d. h., es entsteht kein Feinanteil. Dies ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
  • Derartige erfindungsgemässe Mischelemente sollen bei allen bekannten ein- oder zweiwelligen Mischkneter, die gleichsinnig oder gegensinnig, mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl usw. drehen, anwendbar sein. Die Erfindung ist in diesem Sinne nicht beschränkt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Mischkneter;
  • Fig. 2 einen Teil eines verkleinert dargestellten Längsschnitts durch den Mischkneter gemäss Fig. 1;
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemässes Mischelement;
  • Fig. 4 drei Aussichten des Mischelementes nach Fig. 3 mit entsprechenden Bezugslinien;
  • Fig. 5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines teilweise geschnitten dargestellten Mischelementes;
  • Fig. 6 drei Aussichten des Mischelementes nach Fig. 5 mit entsprechenden Bezugslinien.
  • Gemäss Fig. 1 befinden sich in einem Mischergehäuse 1 zwei Wellen 2 und 3, die achsparallel zueinander verlaufen und bevorzugt beheizt werden. Sie drehen dabei entsprechend den Pfeilen 4 und 5 gleichsinnig.
  • Auf der Welle 2 sitzen axial beabstandet Scheibenelemente 6 auf, auf deren Umfang Mischelemente 7 verteilt angeordnet sind. Diese Mischelemente 7 bewegen sich in geringem Abstand an einer Innenfläche 8 des Mischergehäuses 1 entlang.
  • Auch auf der Welle 3 sitzen axial beabstandet Scheibenelemente 9 auf, auf deren äusserem Umfang verteilt Mischelemente 10 angeordnet sind. Erkennbar ist, dass sich auf den Scheibenelementen 9 der Welle 3 vier Mischelemente 10 befinden, während den Scheibenelementen 6 der Welle 2 fünf Mischelemente zugeordnet sind.
  • Auch die Mischelemente 10 gleiten nahe der Innenfläche 8 des der Welle 3 zugeordneten Gehäuseteils entlang. Ferner greifen Teile der Scheibenelemente und Mischelemente beider Wellen 2 und 3 ineinander, d. h., sie kämmen miteinander. Die Mischelemente sind dabei so angeordnet, dass sie auch jeweils nahe der äusseren Oberfläche der gegenüberliegenden Welle 2 bzw. 3 entlang streifen.
  • Wie insbesondere in Fig. 2 erkennbar, bilden jeweils vier bzw. fünf Mischelemente 7 bzw. 10, die in einer Ebene um die jeweilige Welle 2 bzw. 3 angeordnet sind, einen Kranz 11 bzw. 12. Jeder Kranz 11 bzw. 12 kann, für sich gesehen, mit unterschiedlichen Mischelementen A und R ausgestattet sein. Das Mischelement R dient im wesentlichen der Abreinigung von radial verlaufenden Flächen, während das Mischelement A bevorzugt zum Abreinigen von axial verlaufenden Flächen verwendet wird. Radial verlaufende Flächen sind insbesondere die Flächen der Scheibenelemente 6 bzw. 9. Axial verlaufende Flächen sind insbesondere die Gehäuseinnenwand 8 und die Aussenflächen der Wellen 2 bzw. 3.
  • In Fig. 3 ist ein Mischelement A zum bevorzugten Abreinigen von axial verlaufenden Flächen dargestellt. Es sitzt als Mischbarren 13 auf dem Scheibenelement 6/9 auf, welches mit der Welle 2/3 verbunden ist. Insgesamt ist der Mischbarren 13 in etwa dreiecksförmig ausgestaltet. Er besitzt eine Schabkante 14, welche axial zu der Welle 2/3verläuft. An beiden Enden befinden sich abgerundete Eckbereiche 15.1 und 15.2, welche in Seitenflanken 16.1 und 16.2 übergehen, die aufeinander zulaufen.
  • Auch im Schnitt gesehen ist der Mischbarren 13 dreiecksförmig aufgebaut, wobei sich der Mischbarren insgesamt entgegen der Bewegungsrichtung nach hinten verjüngt. Ferner ist die Schabekante 14 schräg angestellt, so dass gegenüber einer zu bestreichenden Innenfläche 8 bzw. Oberfläche der Welle 2 bzw. 3 ein entgegen der Bewegungsrichtung sich öffnender Freiwinkel entsteht. Hierdurch findet kein Einklemmen von zu behandelnden Produkten statt.
  • Der Mischbarren 13 ist in Fig. 4 zur besseren Darstellung der Freiwinkel von drei Seiten her gesehen gezeigt, wobei die Konturen des Mischbarrens 13 durch entsprechende Bezugslinien verdeutlicht sind.
  • In der Darstellung rechts oben ist erkennbar, dass von der Schabkante 14 zwei Freiwinkel w1 und w2 weg verlaufen. w1 kann bevorzugt 15°, w2 bevorzugt 20° betragen.
  • Der Freiwinkel w1 wird bezogen auf die Darstellung gemäss Fig. 1 zwischen einer Tangente, an die Gehäuseinnenwand angelegt, gebildet, welche durch die Schabkante 14 verläuft, während der Freiwinkel w2 gegenüber einer Radialen ausgebildet wird, die zwischen der Schabkante 14 und einer Wellenachse verläuft.
  • Zwischen den entsprechenden Flächen 24 und 25, welche jeweils die Freiwinkel w1 und w2 mit der Tangentien bzw. Radialen ausbildet, verläuft eine weitere Fläche 26, welche mit einer Basis 27 einen dritten Freiwinkel w3 ausbildet. Dieser kann bspw. 25° betragen. Die Basis 27 verläuft in etwa rechtwinklig zur Radialen, welche durch die Mitte der Basis 27 verläuft.
  • Auch die Seitenflanken 16.1 und 16.2 bilden einen Freiwinkel w4. Das gleiche gilt für kleine seitliche Flächen im Anschluss an die Schabkante 14, die ebenfalls einen Freiwinkel w5 ausbilden.
  • Das Mischelement R zum bevorzugten Abreinigen von radial verlaufenden Flächen gemäss Fig. 5 sitzt ebenfalls auf einem Scheibenelement 6/9 und dieses wiederum auf einer Welle 2/3 auf. Dieses Mischelement R ist eher rombisch ausgebildet und besitzt zwei sich gegenüberliegende etwa radial verlaufende Kanten 17 und 18. Die Kante 18 ist als Schabkante ausgebildet, auf die entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelementes R bzw. nach hinten eine Fläche 19 folgt, die gegenüber beispielsweise einer zu bestreichenden Scheibenfläche einen nicht bezeichneten Freiwinkel einschliesst. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich für das Mischelement R im Schnitt wieder eine dreiecksförmige Ausgestaltung.
  • Auch eine der Innenfläche 8 zugeordnete Aussenkante 20 ist so geformt, dass nur ein geringer Mittelteil 21 nahe der Innenfläche 8 vorbei streift. Dagegen verlaufen die vom Mittelteil 21 wegführenden Seitenteile 22.1 und 22.2 der Aussenkante 20 in einer Schräge bzw. bilden einen Freiwinkel w6 gegenüber der Innenfläche 8. Positionszahlenliste 1 Mischergehäuse
    2 Welle
    3 Welle
    4 Pfeil
    5 Pfeil
    6 Scheibenelement
    7 Mischelement
    8 Innenfläche
    9 Scheibenelement
    10 Mischelement
    11 Kranz
    12 Kranz
    13 Mischbarren
    14 Schabkante
    15 Eckbereich
    16 Seitenflanke
    17 Kante
    18 Schabkante
    19 Fläche
    20 Aussenkante
    21 Mittelteil
    22 Seitenteil
    24 Fläche
    25 Fläche
    26 Fläche
    27 Basis
    A axiales Mischelement
    R radiales Mischelement
    W Freiwinkel

Claims (6)

1. Mischkneter zur Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit Mischelementen (A, R) an einer Welle (2, 3), welche in etwa in Längsrichtung der Welle (2, 3) oder etwas schräg angestellt verlaufen und zumindest eine Schabkante (14, 18, 21) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils von der Schabkante (14, 18, 21) weg entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelementes Freiwinkel (w1 -w6) ausgebildet sind.
2. Mischkneter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiwinkel (w1-w6) in etwa 10° bis 30° betragen.
3. Mischkneter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (A) eine in etwa in Längsrichtung der Welle (2, 3) oder etwas schräg dazu verlaufende Schabkante (14) aufweist, welche zwei Freiwinkel (w1, w2) entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelementes (A) ausbildet.
4. Mischkneter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Freiwinkeln (w1, w2) weg von der Schabkante (14) ein dritter Freiwinkel (w3), der die beiden anderen zumindest teilweise verbindet, zugeordnet ist.
5. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schabkante (18) in etwa radial oder etwas schräg angestellt zu der Welle (2, 3) verläuft, die entgegen der Bewegungsrichtung des Mischelementes (R) einen Freiwinkel ausbildet.
6. Mischkneter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Freiwinkel den zwei anderen Freiwinkeln (w1, w2) pyramidenartig zugeordnet ist.
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