DE10202435A1 - Radial oder axial reinigende Mischbarren - Google Patents

Radial oder axial reinigende Mischbarren

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Abstract

Bei einem Mischkneter zr Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit mindestens einer rotierenden Welle (2, 3), auf welcher Mischelemente (7, 10, A, R) aufsitzen, die mit statischen und/oder dynamischen Gegenelementen zusammenwirken, wobei mehrere Mischelemente (7, 10, A, R) und/oder Gegenelemente zu axial beabstandeten Kränzen (11, 12) auf der Welle (2, 3) und/oder an einer Gehäuseinnenwand zusammengefasst sind, welche sich gegenseitig kämmen, wobei sie radial und axial ausgerichtete Flächen mit Schabkanten (14, 18) abreinigen, soll mindestens ein Mischelement (R) eines Kranzes (11, 12) im Wesentlichen nur radial (18) ausgerichtete und die anderen Mischelemente (A) eines Kranzes (12, 11) im Wesentlichen axial (14) ausgerichtete Schabkanten aufweisen oder umgekehrt.

Description

  • Die Erfindung betrifft Mischkneter zur Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit mindestens einer rotierenden Welle, auf welcher Mischelemente aufsitzen, die mit statischen und/oder dynamischen Gegenelementen zusammenwirken, wobei mehrere Mischelemente und/oder Gegenelemente zu axial beabstandeten Kränzen auf der Welle und/oder an einer Gehäuseinnenwand zusammengefasst sind, welche sich gegenseitig kämmen, wobei sie radial und axial ausgerichtete Flächen mit Schabkanten abreinigen.
  • 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 Anmischen 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.
  • Ein einwelliger Mischkneter ist bspw. aus der DE-C 23 49 106 bekannt. Dort besteht ein feststehendes Knetgegenelement im wesentlichen aus einem Haken, der an der Gehäuseinnenwand festgelegt ist. Dieser Haken reinigt ein Scheidensegment auf der Welle ab. Ein ähnlicher einwelliger Mischkneter wird auch in der EP 0 422 454 A1 gezeigt.
  • Ein zweiwelliger Mischkneter ist bspw. 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 mindestens ein Mischelement eines Kranzes im wesentlichen nur radial ausgerichtete und die anderen Mischelemente eines Kranzes im wesentlichen axial ausgerichtete Schabkanten aufweisen, oder umgekehrt.
  • Das bedeutet, dass die Mischbarren bzw. Gegenelemente eines Kranzes sich die Aufgabe der Reinigung untereinander aufteilen, so dass nicht jeder Mischbarren sowohl axial als auch radial verlaufende Flächen abreinigt. Hierdurch wird die Kraftaufnahme der Wellen für das Drehen vermindert und Kraftspitzen abgebaut, andererseits die Reinigungswirkung nicht vermindert.
  • Als weiteren Vorteil der unterschiedlichen Mischbarren auf einem Kranz bzw. an einer Gehäuseinnenwand resultieren jeweils im Eingriffsbereich mit den anderen Mischbarren unterschiedlich ausgestaltete Mischräume, die zu einer zusätzlichen Misch- und Zerteilwirkung der Produkte führen.
  • Sind zwei Wellen vorgesehen rotieren die Wellen bevorzugt mit unterschiedlichen Drehzahlen, was bedeutet, dass die Mischbarren beim Drehen laufend die Spur wechseln und so eine Behandlung von unterschiedlichen Bereichen insbesondere auf den Scheibenelementen und den Wellenoberflächen stattfindet. Hinzu kommt, dass bevorzugt die unterschiedliche Drehzahl nicht ganzzahlig ist. Durch die Wahl eines nicht ganzzahligen Drehzahlverhältnisses ergibt sich, dass alle Mischbarren der einen Welle zeitlich versetzt auf der anderen Welle exakt die gleiche Eingriffsspur hinterlassen, so dass auch beim Weglassen einzelner Mischbarren ein vollständiges Bestreichen der anderen Welle gewährleistet ist.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sollen auf der gleichen Welle benachbarte und/oder auch auf sich gegenüberliegenden Wellen bzw. an der Gehäuseinnenwand miteinander kämmende Kränze eine unterschiedliche Anzahl an Mischelementen bzw. Gegenelemente aufweisen. Auch hierdurch kann die Reinigungs- und Knetwirkung variiert werden.
  • Die Mischelemente bzw. Gegenelemente können direkt auf die jeweilige Welle bzw. auf der Gehäuseinnenwand aufgesetzt sein, bevorzugt sind sie jedoch auf der Welle auf dem Umfang von Scheibenelementen angeordnet. 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.
  • Die einzelnen Schabkanten des jeweiligen Gegen- bzw. Mischbarrens bzw. auch die zum Reinigen nicht benötigten Kanten sollen mit Freiwinkeln versehen sein, d. h. sie 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.
  • Ein zusätzlicher Verfahrensvorteil ergibt sich dadurch, dass im Eingriffsbereich der Mischbarren der beiden 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.
  • 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 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines teilweise geschnitten dargestellten Mischelementes;
  • Fig. 5 drei Längsschnitte durch einen erfindungsgemässen Mischkneter, welche die Kombination unterschiedlicher Mischelemente zeigen.
  • 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. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass jeder Kranz 11 bzw. 12, für sich gesehen, mit unterschiedlichen Mischelementen A und R ausgestattet ist. 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 2/3 verläuft. 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.
  • Das Mischelement R zum bevorzugten Abreinigen von radial verlaufenden Flächen gemäss Fig. 4 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 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 gegenüber der Innenfläche 8.
  • Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
    Beim Betrieb des Mischkneters wird ein zu behandelndes Produkt in das Mischergehäuse 1 eingefüllt und durch Drehen der Wellen 2 und 3 behandelt. Dabei kann es in eine Gehäuserichtung von einem Einlass zu einem Auslass transportiert werden. Bevorzugt sind zumindest die Wellen 2 und 3 oder aber auch die Scheibenelemente 6 und 9 temperiert.
  • Durch die Mischelemente 7 und 10 wird das Produkt gemischt und geknetet. Dabei finden in der Nähe von zusammenwirkenden Flächen auch Scherungen statt.
  • Erfindungsgemäss sind in einem Kranz 11 bzw. 12 von Mischelementen 7 bzw. 10 unterschiedliche Mischbarren A bzw. R vorgesehen. Beispielsweise können bei dem Kranz 11 vier Mischbarren A und nur ein Mischbarren R vorgesehen sein. Das bedeutet, dass nur der Mischbarren R die radial verlaufenden Flächen, d. h., die Scheibenflächen reinigt, während die Mischbarren A die Reinigung der axial verlaufenden Innenflächen 8 und Wellenoberflächen übernehmen. Dementsprechend ist die Kraftaufnahme für das Drehen der Wellen 2 bzw. 3 wesentlich vermindert. Dennoch findet eine komplette Reinigung aller radial und axial verlaufenden Flächen statt, da die Wellen mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren, bevorzugt mit einem nicht ganzzahligen Drehzahlverhältnis, so dass die Mischbarren bei jeder Umdrehung die Spur wechseln. Hierdurch wird die Reinigung des Gehäuses, der Welle und der Scheiben auf der Welle auf verschiedene Mischbarren aufgeteilt, so dass es zu einer erheblichen Reduktion des Drehmomentes und der Kraftspitzen kommt.
  • In Fig. 5 ist erkennbar, dass verschiendene Möglichkeiten der Kombination der Mischbarren A und R vorgesehen sein können. Drei Kombinationen sind gezeigt. In der ersten Kombination fährt ein Mischbarren A3 durch einen Mischraum, der von zwei ebenfalls für das Abreinigen von axialen Flächen verantwortlichen Mischbarren A1 und A2 gebildet wird.
  • Die mittlere Anordnung zeigt einen Mischbarren R3 zum Abreinigen von radial verlaufenden Flächen, der durch einen Mischraum fährt, der ebenfalls von Mischbarren R1 und R2 zum Abreinigen von radial verlaufenden Flächen gebildet wird.
  • Im unteren Beispiel wird dagegen ein Mischraum von zwei Mischbarren R1 und R2 zum Abreinigen von radial verlaufenden Flächen gebildet, der von einem Mischbarren A zum Abreinigen von axial verlaufenden Flächen bestrichen wird.

Claims (9)

1. Mischkneter zur Durchführung von mechanischen, chemischen und/oder thermischen Prozessen mit mindestens einer rotierenden Welle (2, 3), auf welcher Mischelemente (7, 10, A, R) aufsitzen, die mit statischen und/oder dynamischen Gegenelementen zusammenwirken, wobei mehrere Mischelemente (7, 10, A, R) und/oder Gegenelemente zu axial beabstandeten Kränzen (11, 12) auf der Welle (2, 3) und/oder an einer Gehäuseinnenwand zusammengefasst sind, welche sich gegenseitig kämmen, wobei sie radial und axial ausgerichtete Flächen mit Schabkanten (14, 18) abreinigen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mischelement (R) eines Kranzes (11, 12) im wesentlichen nur radial (18) ausgerichtete und die anderen Mischelemente (A) eines Kranzes (12, 11) im wesentlichen axial (14) ausgerichtete Schabkanten aufweisen, oder umgekehrt.
2. Mischkneter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (2, 3) mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren.
3. Mischkneter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Drehzahl nicht ganzzahlig ist.
4. Mischkneter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (2, 3) gleichsinnig rotieren.
5. Mischkneter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gleichen Welle (2, 3) benachbarte und/oder auf sich gegenüberliegenden Wellen miteinander kämmende Kränze (11, 12) eine unterschiedliche Anzahl an Mischelementen (7, 10) aufweisen.
6. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (7, 10) als Barren auf einem Umfang eines Scheibenelementes (6, 9) aufgesetzt ist.
7. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils nicht zum Reinigen benötigten Kanten (16.1, 16.2, 20) mit Freiwinkeln versehen sind.
8. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (A, R) sich entgegen ihrer Bewegungsrichtung von den Schabkanten (14, 18) weg nach hinten verjüngen bzw. Freiwinkel gegenüber zu reinigenden Flächen aufweisen.
9. Mischkneter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schabkanten (14, 18) mit einer Zahnung versehen sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1854532A1 (de) * 2006-05-12 2007-11-14 Gebr. Lödige Maschinenbau Gesellschaft mbH Horizontalmischer mit Abstreifern

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EP1854532A1 (de) * 2006-05-12 2007-11-14 Gebr. Lödige Maschinenbau Gesellschaft mbH Horizontalmischer mit Abstreifern

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