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Kolbenpresse zur Verdrängung des Wassers aus wasserfeuchter Nitrocellulose
durch Alkohole Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Verdrängung des Wassers aus wasserfeuchter Nitrocellulose durch Alkohole.
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Alle Nitrocellulosesorten, wie z. B. Celluloidwolle, Collodiumwolle
oder Schießbaumwolle, fallen bei ihrer Herstellung nach der Wäsche und Stabilisierung
im wasserfeuchten Zustand an. Für die Weiterverarbeitung der Nitrocellulose ist
dieser Wassergehalt jedoch oft störend, und für viele Anwendungsgebiete, wie z.
B. für die Herstellung von Celluloid, Lacken oder Nitrocellulosepulver, ist es notwendig,
das Wasser durch Alkohole zu verdrängen.
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Diese Verdrängung kann in der Praxis auf verschiedene Weise erfolgen.
Häufig verwendet man für diesen Zweck Zentrifugen, in welche die wasserfeuchte Nitrocellulose
eingebracht und während des Schleudems mit dem gewünschten Alkohol besprüht wird.
Obwohl der dabei in erträglicher Zeit erzielbare Auswaschungsgrad gut ist, so ist
der Alkoholbedarf bei Verwendung von Verdrängerzentrifugen verhältnismäßig hoch,
man benötigt z. B., um eine wasserfeuchte Collodiumwolle so weit mit Athanol auszuwaschen,
daß der Haftalkohol etwa 900/oil (Gewichtsprozent) ist, etwa die doppelte Gewichtsmenge
an Alkohol, bezogen auf trockene Wolle.
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Aus diesem Grunde hat man in der Praxis auch Verdrängerpressen herangezogen,
bei denen der Alkoholbedarf bei gleicher Höhe der Alkoholisierung geringer ist.
Außerdem ist es mit Verdrängerpressen möglich, den Flüssigkeitsgehalt nach der Alkoholisierung
weiter herabzusetzen als mit Zentrifugen.
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Nachteilig ist allerdings, daß die für diesen Zweck verwendeten Pressen
ziemlich aufwendig und auch die bisher angewandten Verfahrensweisen zeitraubend
und umständlich sind. So hat man z. B. Pressen mit mehreren schwenkbaren Zylindern
vorgeschlagen.
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Bei einer speziellen Ausführungsform sind in einem Karussell vier
gleiche Zylinder vorgesehen, die der Reihe nach durch vier von oben wirkende Preßkolben
mit verschieden hohen Drücken beaufschlagt werden können. Das Hochfahren der Preßkolben
wird durch vier zusätzlich eingebaute Rückzugskolben bewirkt.
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Das ganze Verfahren ist in vier Takte aufgeteilt. In der Stellung
1 wird in den Zylinder feuchte Nitrocellulose eingefüllt und durch den ersten Kolben
vorverdichtet. Dann wird der Zylinder unter den zweiten Kolben geschwenkt. Dort
wird die nötige Menge Alkohol auf die vorgepreßte Nitrocellulose gegossen und mit
Hilfe des zweiten Kolbens durchgepreßt.
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Nun bringt man den Zylinder in Position 3. Der Druck des dritten Kolbens
wird so hoch gewählt, daß die Nitrocellulose auf den gewünschten Alkoholgehalt abgepreßt
wird. In Stellung 4 wird dann der Preßkuchen ausgestoßen. Um also bei einer Zylinderfüllung
die Verdrängung durchzuführen, muß viermal ein Preßkolben ein- und ausgefahren werden.
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Abgesehen davon, daß eine solche Vierkolbenpresse sehr teuer ist,
erfordert ihre Bedienung einen erheb lichen Aufwand und viel Sorgfalt.
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Es wurde nun gefunden, daß man das Verdrängungsverfahren technisch
besonders einfach und vorteilhaft gestalten kann, wenn man als Presse eine Unterkolbenpresse
mit nur einem Kolben und nur einem Zylinder verwendet und das Verfahren so einrichtet,
daß der Kolben für jede Charge nur einmal eingefahren werden muß. Das läßt sich
dadurch erreichen, daß der Verdrängungsalkohol mit Hilfe einer einfachen Druckvorrichtung
durch die im Zylinder vorgepreßte Nitrocellulose gedrückt wird. Durch eine solche
Ausgestaltung wird das Verfahren so wirkungsvoll, daß die Leistung dem Durchsatz
von Pressen mit mehreren Zylindern zumindestens gleichkommt. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Unterkolbenpressen auf den
Einbau eines Rückzugskolbens verzichtet werden kann, da das Absenken des Kolbens
durch das Eigengewicht erfolgt.
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Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich am besten
an Hand der Abb. 1 bis 9 erklären.
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Abb. 1 bringt eine Darstellung der verwendeten Verdrängerpresse;
Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform der Druckvorrichtung zum Einpressen des Alkohols,
und Abb. 3 bis 9 erläutern schematisch den Ablauf der einzelnen Verfahrensstufen.
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Wie man Abb. 1 entnehmen kann, ist in eine Zweisäulenunterkolbenpresse
der Verdrängerzylin-
der 1 so eingehängt, daß zwei seitlich angeschweißte
Führungsringe auf Absätzen der beiden Säulen aufliegen. In den Zylinderl ist ein
Preßkolben 2 eingesetzt, dessen Abdichtung durch den O-Ring 3 erfolgt und in dessen
massivem Oberteil eine zentrale Bohrung 4 und als oberer Abschluß eine Siebplatte
5 angebracht sind. Der untere Teil des Preßkolbens ist in Form einer zylindrischen
Kammer 6 ausgebildet, die unten einen Ablaufstutzen 7 trägt. Mit Hilfe eines angeschweißten
Flansches 8 ist der Preßkolben auf der Führungsplatte 10 des Druckkolbens 11 der
Presse befestigt. Auf die zylindrische Kammer 6 ist ein Ring 9 aufgeschweißt, mit
dessen Hilfe es möglich ist, den Preßkolben 2 mit dem Zylinder 1 durch Einschwenken
eines halbkreisförmigen, am Zylinder drehbar angeordneten Bügels 12 zu verriegeln,
so daß der Zylinder mit dem Preßkolben angehoben und gegen das auf den Rollen 14
verschiebbare Widerlager 13 gefahren werden kann. Am Widerlager 13 ist der Verschlußdeckel
15 des Verdrängerzylinders, der sogenannte Oberstein, befestigt, der mit Hilfe des
O-Ringes 16 abgedichtet wird. Als unteren Abschluß trägt der Zylinderdeckel eine
Siebplatte 17, an die sich eine zentrale Bohrung 18 und eine radiale Bohrund 19
anschließen. Wie man Abb. 2 entnehmen kann, ist in die radiale Bohrung 19 ein Ventil
32 eingesetzt. Mit Hilfe der Vorrichtung 20 läßt sich der Verdrängerzylinder 1 mit
dem Widerlager 13 verriegeln. Dabei greifen durch Betätigung des Bügels 21 die beiden
Haken 22 (A b b. 4) in die Zapfen 23 ein und legen den Zylinder am Widerlager fest.
Durch Ausschwenken des Bügels 12 wird der Verband zwischen Zylinder 1 und Preßkolben
2 wieder ge löst, so daß dann die eigentlichen Preßvorgänge vorgenommen werden können.
Das Durchpressen des Alkohols durch die vorverdichtete Nitrocellulose kann entweder
durch eine Pumpe üblicher Bauart oder aber auch mit Hilfe eines Drucktopfes geschehen,
wie ihn Abb. 2 zeigt. Das Druckgefäß 24 trägt auf seinem Deckel eine Druckgaseinleitung
25 (z. B. für Stickstoff oder Preßluft), ein Entspannungsventil 26, ein Manometer
27, ein Sicherheitsventil 28 und einen Fülltrichter 29 mit dem Ventil 30. Der Bodenausgang
ist mit dem Ventil 31 verschlossen, von dem eine Leitung zum Ventil 32 im Deckel
15 des Verdrängerzylinders führt. Der Drucktopf wird zweckmäßig für Drücke von 5
bis 20 atü ausgelegt.
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Für das Ausstoßen des Preßkuchens ist es notwendig, daß das Widerlager
üblicherweise an seiner einen Frontseite noch zwei Ausstoßlamellen trägt, die so
weit voneinander entfernt sind, daß der Preßkuchen nach dem Zurückfahren des Widerlagers
zwischen ihnen hochgedrückt werden kann. Die beiden Lamellen dürfen daher auch nur
auf dem oberen Rand des Verdrängerzylinders aufliegen und müssen diesen gegen das
Pressenjoch abstützen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist darauf verzichtet worden,
diese Platten in den Abbildungen darzustellen.
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Das eigentliche Verdrängungsverfahren mit Hilfe der beschriebenen
Verdrängerpresse stellt sich an Hand der Abb. 3 bis 9 in seinen einzelnen Phasen
folgendermaßen dar: Zunächst wird bei zurückgefahrenem Widerlager 13 der leere Verdrängerzylinder
1 mit feuchter Nitrocellulose unter leichtem Einstampfen gefällt (Abb. 3). Dann
wird das Widerlager 13 mit dem Zylinderdeckel 15 über den Verdrängerzylinder ge-
fahren
und nach Einschwenken des Bügels 12 der Zylinder 1 hydraulisch so weit gehoben,
daß er durch den Deckel verschlossen wird. Durch Herunterdrücken des Bügels 21,
der in Ruhestellung an der Raste 33 arretiert ist, wird der Verdrängerzylinder am
Widerlager festgelegt (Abb. 4). Nun wird der-Bügel 12 wieder ausgeschwenkt und die
Nitrocellulose durch Hochfahren des Kolbens vorgepreßt und teilweise entwässert,
wobei das Wasser durch den Stutzen 7 abläuft. Den Druck im Verdrängungszylinder
stellt man in dieser Phase vorteilhafterweise zwischen 5 und 20kg'cm2 ein (Ab b.
5).
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Anschließend wird durch Öffnen der Ventile 31 und 32 der im Gefäß
24 unter etwa 5 bis 15 atü Druck stehende Alkohol durch die vorgepreßte Nitrocellulose
gedrückt (Abb. 6). Um die Entwässerung so weit zu treiben, daß zum Schluß eine Nitrocellulose
mit einem etwa 90- bis 92gewichtsprozentigen Haftalkohol anfällt, benötigt man ungefähr
eine dem Trockengewicht der Nitrocellulose entsprechende Menge Alkohol. Der aus
dem Stutzen 7 austretende wässerige Alkohol wird aufgefangen und der Destillation
zugeführt.
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Nach dem Durchdrücken des Alkohols wird das Ventil 32 sofort geschlossen
und der hydraulische Druck so hoch gesteigert, daß der gewünschte Alkoholgehalt
der Nitrocellulose erreicht wird. Je nach Erfordernis setzt man die Nitrocellulose
einem Druck von 150 bis 250 kg/cm2 aus, wobei der überschüssige Alkohol abläuft
(Abb. 7).
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Damit ist die Verdrängung beendet, und der Preßkuchen muß nur noch
ausgestoßen werden. Zu diesem Zweck wird die Verriegelungsvorrichtung 20 durch Hochklappen
des Bügels 21 gelöst, der Verdrängungszylinder 1 durch kurze Wegnahme des hydraulischen
Druckes so weit abgesenkt, daß der Deckel 15 frei wird und das Widerlager 13 zurückgeschoben
werden kann (Abb. 8). Nun wird sofort der Druckkolben 11 wieder hochgefahren, so
daß sich der Rand des Verdrängungszylinders gegen die Ausstoßlamellen des Widerlagers
legt (in der A b b. 9 durch 2 Pfeile angedeutet), und der Preßkuchen ausgestoßen.
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Nach dem Absenken des Preßkolbens kann der Verdrängerzylinder erneut
beschickt werden. Der gesamte Verdrängungsvorgang dauert je nach dem ge forderten
Alkoholgehalt der Nitrocellulose nur kurze Zeit, so daß die beschriebene Verdrängerpresse
trotz ihres einfachen Aufbaus eine hohe Kapazität besitzt.
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Trotzdem wird aber ein hoher Grad der Verdrängung bei sparsamsten
Alkoholverbrauch erreicht, da durch das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders
gut schichtenweise verlaufende Durchdringung der vorgepreßten Nitrocellulose durch
den Alkohol ohne unerwünschte Durchmischung gewährleistet wird.