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Vorrichtung zum Lösen. Mischen, Emulgieren, Homogenisieren u. dgl.
von Stoffgemischen, die schwerlösliche feste und flüssige Anteile enthalten Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lösen, Mischen, Emulgieren, Homogenisieren
u. dgl. von Stoffgemischen, die schwerlösliche, feste und flüssige Anteile enthalten,
z. B. Xanthogenat und verdünnte Natronlauge zur Herstellung von Viskose, bestehend
aus Vormischer, Zuteil- und gegebenenfalls Vorzerkleinerungseinrichtung und Emulgiereinrichtung.
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Für das Zerkleinern, Mischen, Lösen u. dgl. von Stoffen bzw. Stoffgemischen
sind Vorrichtungen wie z. B. Mühlen, Zerreiber, Kneter, Schneckenmaschinen oder
Kombinationen solcher Vorrichtungen bekannt, die selbst mit Fördereinrichtungen
nach Art von Schrauben-, Kreisel-, Kolbenpumpen u. dgl. versehen sind oder denen
solche Einrichtungen vor-oder nachgeschaltet sind, um das Stoffgemisch weiter zu
fördern oder in wiederholtem Umlauf, meist in Verbindung mit einem mit Rührwerk
versehenen Behälter, umzuwälzen und mehrfach in der Lösevorrichtung zu behandeln.
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Alle diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß besonders zu Beginn
des Löseprozesses die festen Bestandteile, die im allgemeinen ein von den flüssigen
Komponenten abweichendes spezifisches Gewicht haben, bevorzugt in die Löseinrichtung
und die Fördereinrichtung gelangen und sich damit eine Konsistenz einstellt, die
die Förderung erschwert oder sogar unmöglich macht. Meist treten dabei noch eine
oft unzulässige oder unerwünschte Erwärmung des Lösegutes und unter Umständen auch
der Apparatur sowie eine starke Erhöhung der Antriebsleistung auf, die zur Schädigung
sowohl des Gutes als auch der Apparatur und der Antriebsmaschine und sogar zu ihrem
Festfahren führen können. Man hat auch schon eine Kombination von Vorrichtungen
zum Lösen, Mischen und Emulgieren verwendet, bei der die Stoffkomponenten der Emulgiereinrichtung
getrennt zugeführt werden; aber auch diese Kombination ist ebenfalls mit den oben
angeführten Nachteilen behaftet. Es ist weiterhin eine Apparatur bekannt, bei der
durch zusätzliche Pumpen, die den bekannten Emulgiervorrichtungen vor- oder nachgeschaltet
oder mit diesen kombiniert in der Umlaufleitung zum Vormischer mit gegebenenfalls
abgezweigter Ableitung zum Verbrauch angeordnet sind, eine beschleunigte Zirkulation
des Stoffgemisches zwecks sdnelleren Lösens und Emulgierens erreicht werden soll.
Aber auch diese Apparatur hat die oben beschriebenen Nachteile.
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Man hat auch schon ein aus festen und flüssigen Komponenten bestehendes
Stoffgemisch in bekannten Vorrichtungen zum Lösen, Mischen und Emulgieren von Stoffgemischen
so verarbeitet, daß das Stoffgemisch nach Einbringung in einen Vormischer durch
ein Rührwerk in Bewegung gehalten und laufend durch einen Stutzen sowie eine Rohrleitung
fließend in einer Emulgiereinrichtung einer eingehenden Behandlung unterworfen wird.
Auch dabei ist es jedoch nicht möglich, ein solches Verhältnis zwischen festen und
flüssigen Anteilen sicherzustellen, daß ein unter allen Umständen und zu jeder Zeit
pumpfähiges Gemisch entsteht. Durch Drossel- oder Dosierorgane in der Umlaufleitung
kann das ebenfalls nicht erreicht werden, da sich die Feststoffe auf Grund ihrer
Abmessungen, ihrer Struktur und anderer Eigenschaften sowie wegen ihres im allgemeinen
von der Flüssigkeit verschiedenen spezifischen Gewichtes bei leichteren oben oder
bei schwereren unten im Behälter ansammeln und je nach Art des Gemisches und Wirkung
des Rührwerkes mit einer mehr oder weniger hohen Konzentration in die Löse-, Misch-
und Homogenisiervorrichtung gelangen. Eine nachgeschaltete Förder- und bzw. oder
Umwälzpumpe kann aber nicht wie vorgeschlagen, das sich bei zu großen Feststoffanteil
bildende zähe Stoffgemisch durch die Rohrleitungen und Ventile drücken, um in mehrmals
gem Umlauf den gewünschten Lösungs- und Emulgierungsgrad zu erreichen. Auch wenn
man eine Homogenisiervorrichtung und eine Pumpe zu einem Aggregat kombiniert, wie
es beispielsweise bei Schraubenpumpen oder bei anderen Löse-, Misch- und Emulgiervorrichtungen,
kombiniert mit Zerreibeorganen u. dgl., der Fall ist, wird damit noch nicht ein
befriedigendes Ergebnis erreicht, insbesondere bei einem Xanthogenat-Natronlauge-Gemisch
für die Herstellung von Viskose.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Mängel durch
eine Vorrichtung zum Mischen,
Lösen und Emulgieren sowie Fördern
zu vermeiden, die der Emulgiereinrichtung oder einer kombinierten Vorrichtung zum
Lösen, Mischen und Emulgieren die Feststoffe in begrenzter Menge zuführt und gleichzeitig
die flüssigen Komponenten in einem solchen Überschuß zugibt, daß eine einwandfreie
Förderung des Gemisches, außerdem infolge der vergrößerten Oberfläche der Festteile
ein guter Stoffaustausch erzielt, ferner unzulässige Temperaturerhöhungen vermieden
sowie in kürzester Zeit eine homogene Lösung oder Emulsion ohne Schädigung des Gutes
und der Apparatur erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst,
bei der der Emulgiereinrichtung eine Zuteileinrichtung vorgeschaltet ist, die aus
in einem zylindrischen Hohlkörper angeordneten Förder- und gegebenenfalls Vorzerkleinerungsorganen,
z. B. Förderschnecke, besteht, die mit je einem Stutzen für die getrennte Zuführung
der vorwiegend feste und der vorwiegend flüssige Anteile enthaltenden Gemische versehen
sind, und bei der der Stutzen für die vorwiegend flüssigen Anteile dem Förderorgan
für die vorwiegend festen Anteile nachgeschaltet ist, so daß die ersteren Anteile
erst dann den letzteren Anteilen zugegeben werden, wenn diese die Zuteilorgane durchlaufen
haben.
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Der somit durch die Zuteileinrichtung entstehende Flüssigkeitsüberschuß
gewährleistet ein pumpfähiges Gemisch und verhindert eine unzulässige Erwärmung
des Stoffgemisches bei der Emulgierung. Zur Begrenzung der Zulaufmenge der festen
Bestandteile können bekannte Schleusen- oder Zellenzuteiler oder ähnliche Zuteileinrichtungen
verwendet werden.
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Vorteilhaft ist es, die Zuteileinrichtung mit der Emulgiereinrichtung
und der Pumpe zu einem Aggregat zu vereinigen oder die Zuteileinrichtung im unteren
Teil des Vormischers, vorzugsweise im Abflußstutzen, anzubringen. In der Regel werden
die Zuleitung zur Zuteileinrichtung für die vorwiegend festen Anteile, wenn diese
spezifisch schwerer als die flüssigen sind, an der tiefsten Stelle des Vormischers
und die Zuleitung für die vorwiegend flüssigen Anteile im oberen Teil des Vormischers
angeschlossen, während die Umlaufleitung zur Rückführung des Gemisches zur wiederholten
Behandlung in etwa mittlerer Höhe des Vormischers angeordnet wird. Bei Stoffgemischen
mit spezifisch leichteren Feststoffen ist es notwendig, die Zuführungsleitungen
zur Zuteileinrichtung zu vertauschen, d. h., daß die Zuleitung für die leichten
Feststoffe in der oberen Hälfte des Vormischers und die Zuleitung für die Flüssigkeit
unten am Vormischer angebracht werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann außerdem entweder in eine
Umlaufleitung eines Lösebehälters eingebaut, der im allgemeinen die Form eines stehenden
oder liegenden Kessels mit Rührwerk hat, oder es können zweckmäßig ein oder mehrere
dieser Vorrichtungen in den Lösebehälter selbst eingebaut und mit diesem zu einem
geschlossenen Aggregat vereinigt werden.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden nicht nur die oben
angeführten Vorteile erzielt, sondern es werden auch weniger Einrichtungen benötigt,
was einen erheblich geringeren Kostenaufwand bedeutet.
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Besondere Vorteile bringt die erfindungsgemäße Vorrichtung für den
Verfahrensablauf bei der Herstellung von Viskose. Bisher hat man meistens in drei
getrennten
Verfahrensstufen gearbeitet. Diese drei Stufen mit ihrer umständlichen Verfahrenstechnik,
einmal mit der mechanischen Trennung der feinkrümeligen von den grobknolligen Xanthogenatteilen
mit Hilfe eines Siebes, zum anderen mit der Durcharbeitung der grobknolligen Teile
mit einem hochtourigen Mischzerkleinerungsgerät in einem Vorlöser sowie mit der
Wiedervereinigung der vorbehandelten grobknolligen Teile mit den abgetrennten, in
einen besonderen Lösebehälter mit verdünnter Natronlauge eingebrachten feinkrümeligen
Teilen zur weiteren Behandlung, werden durch die neue Vorrichtung vermieden und
zu einem einzigen Arbeitsgang vereinigt.
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Es sind somit auch keine zusätzlichen Lösegefäße erforderlich. Außerdem
ist diese Vorrichtung nicht nur für die Viskoseherstellung, sondern auch für alle
Stoffgemische, die aus festen und flüssigen Bestandteilen bestehen, anwendbar.
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Die Vorrichtung wird in einigen Ausführungsformen beispielsweise
beschrieben. Es zeigt A b b. 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung mit den
Behandlungsstufen in der Umlaufleitung, A b b. 2 eine Zuteileinrichtung mit festem
Lochzylinder schematisch im Längsschnitt, A b b. 3 eine Zuteileinrichtung mit rotierendem
Reibzylinder im Längsschnitt, A b b. 4 den Querschnitt der Vorrichtung nach Abb.
3, A b b. 5 eine Anordnung der Zuteileinrichtung im Vormischerstutzen und A b b.
6 eine Zuteileinrichtung, mit Emulgier- und Fördereinrichtung in Kreiselpumpenart
kombiniert.
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Die Vorrichtung nach Abb. 1 besteht im wesentlichen aus dem Vormischer
1 mit dem Rührwerk2, in dem die Komponenten gemischt werden. Durch den Stutzen 3
und die Rohrleitung 4 gelangen Flüssigkeit und Feststoffe, letztere bevorzugt zuerst
in die Zuteileinrichtung 12, die zweckmäßig mit einer Einrichtung zur Vorzerkleinerung
der noch ungelösten festen Stoffteile kombiniert ist, wie sie beispielsweise in
A b b. 2 oder 3 und 4 dargestellt ist. Gleichzeitig wird der Zuteileinrichtung 12
im nachfolgenden Gehäuseteil aus dem oberen Teil des Vormischers 1 Flüssigkeit über
die Rohrleitung 13 laufend zugeführt, die bei richtiger Wahl der Umdrehungszahl
des Rührwerke 2 frei von größeren festen Stoffteilen ist, so daß sich in dem darauffolgenden
Teil der Apparatur, der aus der Rohrleitung 4 a, der Emulgiereinrichtung 5 und der
dahintergeschalteten Pumpe 6 besteht, ein Stoffgemisch mit einem so großen Flüssigkeitsüberschuß
bildet, daß es unter allen Umständen pumpfähig ist und eine unzulässige Erwärmung
in der Emulgiereinrichtung 5 vermieden und somit durch die Pumpe 6 eine einwandfreie
Förderung über die Rohrleitungen 7 und 11 mit dem Ventil 10 zum Vormischerl oder
gegebenenfalls über die Rohrleitungen 7 und 9 mit Ventil 8 zum Verbrauch erzielt
wird.
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Vorteilhaft wird bei Verwendung eines Lösebehälters die Umdrehungszahl
des Rührwerkes 2 im Vormischerl so gewählt, daß infolge des Unterschiedes im spezifischen
Gewicht die festen Stoffteile sich bevorzugt im unteren Teil des Vormischers ansammeln
und an dieser Stelle entnommen und der Zuteileinrichtung 12, die gegebenenfalls
mit einer Vorzerkleinerungseinrichtung versehen ist, durch die Leitung 4 zugeführt
werden, während die Flüssigkeit durch die Leitung 13 entnommen und der Zuteileinrichtungl2
zugeleitet wird.
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Außerdem ist es zweckmäßig, daß bei Umwälzung des Gemisches und mehrfacher
Behandlung in der Löseapparatur die Rückführung über die Leitung7, das Absperrorgan
10 und die Leitung 11 in den Vormischer 1 etwa in mittlerer Höhe erfolgt, so daß
infolge des Unterschiedes in den spezifischen Gewichten die noch ungelösten, festen
und die flüssigen Teile des Gemisches sich erneut trennen und wiederholt in gleicher
Weise zur Behandlung kommen.
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Ferner ist es für den Fall, daß ein Lösebehälter nicht verwendet
wird, angebracht, daß die aus anderen Quellen stammenden festen und flüssigen Komponenten
den entsprechenden Zuleitungen zur Zuteileinrichtung 12 getrennt zugeführt werden.
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Bei der Zuteilungseinrichtung 12 nach A b b. 2 gelangen die festen
Stoffteile durch die Leitung 4 in eine Zuteilsehnecke 14 mit Antriebswelle 15 und
werden in begrenzter, auf den Lösungsprozeß durch entsprechende Bemessung der Schnecke
abgestimmter Menge durch einen perforierten, geschlitzten oder am Umfang ganz oder
teilweise geschlossenen, gegebeebenfalls innen mit Schneidzähnen oder ähnlichen
Elementen ausgestatteten Zylinder 16 hindurchgedrückt, vermischen sich im Raum 17
mit der durch die Leitungl3 zugeführten im wesentlichen von festen Bestandteilen
freien Flüssigkeit und gelangen durch die Leitung 4 a zur weiteren Behandlung wie
in A b b. 1 beschrieben. Bei der Zuteileinrichtung 12 nach Abb. 3 und 4 ist an Stelle
der Schneckel4 in Abb. 2 ein geriffelter, verzahnter oder aufgerauhter Zuteil-und
Vorzerkleinerungszylinder 18 mit Antriebswelle 15 im Gehäuse der Vorrichtung 12
angeordnet. Die festen Bestandteile des Gemisches gelangen durch die Leitung4 in
die durch Zwischenwände20 vom Ringraum 23 abgetrennte Einlaufkammer 19, werden durch
den Zylinder 18 zerkleinert und durch den zwischen Zylinder und Gegenmesser 21 gebildeten
Arbeitsspalt 22 in den Ringraum 23 gebracht, wo sie sich mit der Flüssigkeit aus
der Leitung 13 mischen und durch die Leitung 4 a zur weiteren Behandlung gelangen.
Durch entsprechende Wahl der Drehzahl sowie der Abmessungen, insbesondere der amArbeitsspalt
22 wirksamen Länge des Zuteilzylinders 18, sowie durch verschiedene Verzahnungsform
und durch verschiedene Weite des Arbeitsspaltes kann die für den jeweils vorliegenden
Fall zweckdienliche Zuteilungsmenge der Festkörper bestimmt und erforderlichenfalls
durch Verstellbarkeit der Weite des Arbeitsspaltes und bzw. oder der wirksamen Länge
der Zuteilwalze bzw. des Zylinders 18 während des Betriebes variiert werden.
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Eine zweckmäßige Anordnung der Zuteil-Zerkleinerungskombination stellt
die Ab b. 5 dar, bei der die Zuteileinrichtung 12 in den Auslaufstutzen 3 des Vormischers
1 eingebaut und durch die Rührwerkswelle oder gesondert angetrieben wird.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausbildungsart der Erfindung nach A
b b. 6, bei der Zuteilung und gegebenenfalls Vorzerkleinerung, ferner die Zerreiber-,
Misch- und Homogenisiervorrichtung sowie die Förderpumpe in einem Aggregat so vereinigt
sind, daß alle bewegten Teile auf einer gemeinsamen Antriebswelle befestigt sind.
Dadurch ergeben sich eine sehr einfache Konstruktion und eine gedrängte Bauform
mit geringem Platzbedarf. Als Zerreibe-, Misch- und Homogenisiervorrichtung, kombiniert
mit Pumpe, ist in Ab b. 6 eine Vorrichtung zum Lösen, Mischen, Emulgieren, Homogenisieren
u. dgl. von Stoffgemischen aus festen und flüssigen Bestandteilen in Kreiselpumpenart
mit im Wechsel aufeinanderfolgenden, durch die Arbeitsspalte22 verbundenen, ge schlossenen
Einlauf- und offenen Auslaufzellen 24, 25 mit der Zuteileinrichtung 12 gezeigt.
Ebenso kann auch eine Mühle, Schraubenpumpe oder eine andere Löseeinrichtung mit
der Zuteileinrichtung kombiniert werden.