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Vorrichtung zum Nachtrocknen von Kautschukkrümeln Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Nachtrocknen von Kautschukkrümeln im Anschluß an die Entwässerung
und Trocknung der Kautschukmasse in einer einen Flüssigkeitsablaß aufweisenden Schneckenpresse
mit einem Wirbelbettrockner mit einem Gutaustrittsrohr.
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Ein wichtiger Arbeitsvorgang bei der Herstellung von Kautschukmassen
ist die Trocknung des im Verlauf der Fabrikation anfallenden wasserfeuchten Materials.
Für einen solchen Trocknungsprozeß sind verschiedene technische Verfahren bekannt.
Man kann z. B. das feuchte Material als dünnes Band oder in Form einer lockeren
Schicht durch einen geheizten und belüfteten Ofen führen. Dabei sind relativ lange
Verweilzeiten erforderlich. Während dieser Zeit wird das Produkt an der Oberfläche
und im Innern thermisch ungleichmäßig beansprucht, was bei empfindlichen Substanzen
zu Schwankungen in den technologischen Eigenschaften führen kann. Schwierigkeiten
ergeben sich ferner bei stark klebenden Produkten, die sich im trockenen Zustand
nur schwer und unvollständig von der Unterlage entfernen lassen. Schließlich ist
ein umfangreicher, apparativer und räumlicher Aufwand erforderlich.
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Nach einer anderen Methode erfolgt die Trocknung der Kautschukmassen
unter Wärmezufuhr in einem Schneckenextruder. Das Wasser wird dabei dampfförmig
durch eine oder mehrere Ausdampföffnungen abgeführt. Es läßt sich praktisch, vor
allem beim Arbeiten mit vermindertem Druck, nicht vermeiden, daß Kautschukkrümel
mitgerissen werden und zu Verschmutzungen bzw. Verstopfungen in den Ausdampföffnungen
und Rohrleitungen führen. Da das getrocknete Produkt noch eine gewisse Zeit in der
Schnecke bleibt, besteht ferner die Gefahr einer Veränderung oder Schädigung der
technologischen Eigenschaften durch die beträchtliche thermische und mechanische
Beanspruchung in trockenem Zustand.
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Man hat ferner vorgeschlagen, Kautschukmassen nach dem sogenannten
»Expansions-Verfahrena zu trocknen. Nach dieser Methode wird das feuchte Material
in einem Schneckenextruder, gegebenenfalls unter Zuführung von Wärme, zunächst komprimiert
und anschließend durch Düsen mit relativ kleinem Durchmesser extrudiert. Ist die
Temperatur des extrudierten feuchten Produktes genügend hoch, d. h., liegt sie hinreichend
oberhalb des Siedepunktes von Wasser, so erfolgt außerhalb der Schnecke infolge
der Entspannung und der plötzlichen Verdampfung des eingeschlossenen Wassers ein
explosionsartiges Zerreißen des extrudierten Kautschuks. Die besonderen Schwierigkeiten
dieses Verfahrens bestehen darin, einerseits
die auseinanderspritzenden Kautschukkrümel
möglichst quantitativ zu sammeln und der weiteren Verarbeitung zuzuführen und zum
anderen den Wasserdampf vollständig zu entfernen. Nach der bisher üblichen Arbeitsweise,
bei der die Entspannung in einen größeren Raum hinein erfolgt, kommt es an den Wandungen
des dabei verwendeten, kasten- bzw. haubenartigen Expansionsraumes zur Bildung einer
Kautschukschicht und zu Kondensationserscheinungen.
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Eine laufende Überwachung und Reinigung dieses )>Expansions-Kastens«
ist daher notwendig. Trotzdem ist es nicht zu vermeiden, daß sich im laufenden Betrieb
feuchte Kautschukteilchen von den Wandungen ablösen und ins Trockengut und somit
ins Fertigprodukt gelangen. Die Folge ist ein erhöhter Anfall an Ausschußware.
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Andererseits besitzt das )>Expansions-Verfahren« für die Trocknung
von kautschukartigem Material einige bemerkenswerte technische Vorteile: einfache
und betriebssichere Ausführung des Schneckenextruders, geringer Kraftbedarf und
schonende Behandlung des Kautschuks während des Trocknungsvorganges, da die stärkste
mechanische und thermische Beanspruchung des Kautschuks überwiegend zu einem Zeitpunkt
erfolgt, wo noch Wasser zugegen ist. Es besteht somit starkes Interesse nach einer
Vorrichtung, die es gestattet, die geschilderten Vorteile des »Expansions-Verfahrensa
voll auszunutzen, ohne die bisherigen schwerwiegenden Nachteile, die in der mangelhaften
Beherrschung des Prozesses hinter dem Schneckenextruder liegen, in Kauf nehmen zu
müssen.
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Es ist ferner bekannt, Kautschuk pneumatisch zu fördern und in Zyklonen
abzuscheiden. Man hat dies
bisher aber nur bei Typen mit geringer
Klebrigkeit und größeren als den beim »Expansions-Verfahren<( anfallenden Kautschukkrümeln
durchgeführt. Außerdem hat man immer bei niedrigen Temperaturen gearbeitet bei denen
Kautschuk erfahrungsgemäß weniger stark klebt als bei höheren Temperaturen, wie
sie beim Expansions-Verfahren<e vorkommen. Bisher ist kein Fall bekannt, in dem
synthetische Kautschuke der verschiedensten Typen mit sehr kleiner Teilchengröße
bei höheren Temperaturen pneumatisch gefördert und in Zyklonen abgeschieden werden.
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Für die obengenannte Vorrichtung zum Nachtrocknen von Kautschukkrümeln
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß im Anschluß an die Düsenplatte der Schneckenpresse
eine Ringdüse mit einem rohrförmigen, in eine Förderleitung auslaufenden Tubus angeordnet
ist, die mit dem Abscheideraum des Wirbelbetttrockners verbunden ist. Bevorzugt
weist der Wirbelbetttrockner in Höhe der Förderleitung und im Bereich des Abscheideraums
ein Tauchrohr mit einem Ejektor auf. Das in den Abscheideraum eintretende Ende der
Förderleitung ist als schmaler, hoher Schlitz ausgebildet. Ferner ist es vorteilhaft,
daß das Tauchrohr des Wirbelbetttrockners den gleichen Querschnitt wie das in den
Abscheideraum eintretende Ende der Förderleitung aufweist. Der Durchmesser des Abscheideraums
des Wirbelbetttrockners ist um das Zweifache bis Dreifache größer als der Durchmesser
des Tauchrohres. Ferner ist die Querschnittsfläche des Abscheideraums etwa um das
Zweifache größer als die Querschnittsfläche des Gutaustrittsrohres des Wirbelbetttrockners.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung gelingt es
in einfacher Weise, die bei einer »Expansions-Trocknung« anfallenden, feinen, heißen,
stark zur Verklebung neigenden Kautschukteilchen zu fördern und der weiteren Verarbeitung
zuzuführen, ohne daß die vollständige Abtrennung des Wasserdampfes Schwierigkeiten
bereitet.
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Die Vorrichtung wird an Hand der Abbildung nachfolgend im einzelnen
erläutert: Die Trocknung kautschukartiger Stoffe kann mit ein- oder mehrspindeligen
Schneckenextrudern erfolgen. Diese können so eingerichtet sein, daß die ganze Wassermenge
zusammen mit dem Kautschuk extrudiert wird.
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Zweckmäßig ist es jedoch, solche Schneckenextruder zu verwenden,
bei denen ein Teil des Wassers vorweg mechanisch abgequetscht und nach rückwärts
bzw. mittels entsprechender Bohrungen oder Schlitze durch die Wandung der Schnecke
abgeführt wird, so daß nur ein Bruchteil der ursprünglichen Feuchtigkeitsmenge,
die im allgemeinen unter 1001, liegt, extrudiert wird.
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Schneckenextruder dieser Art zeichnen sich durch eine besonders hohe
Leistung aus.
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Die Expansion muß in einen möglichst kleinen Raum hinein erfolgen.
Dieser soll so bemessen sein, daß er ohne tote Ecken möglichst kleine Wände hat,
die dauernd und vollständig von Kautschukteilchen mit hoher Geschwindigkeit und
flachen Aufprallwinkeln getroffen werden, so daß dadurch laufend eine Art Selbstreinigung
der Wände eintritt. Es kann daher sbeispielsweise vorteilhaft sein, die Expansion
direkt in das zum Zyklon führende Rohr hinein erfolgen zu lassen. Die Art der Luftzuführung
in den Expansionsraum ist an sich nicht kritisch. Eine bevorzugte Ausführu ngsform,
die besonders dannVorteile bringt, wenn e E x pan sion direkt in das zum Zyklon
führende Rohr d
hinein erfolgt, ist eine Ringdüse unmittelbar hinter der Düsenplatte
der Schneckenmaschine.
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Die Luftmenge soll so bemessen sein, daß mit möglichst großer Gutbeladung
gefördert wird, damit eine laufende Selbstreinigung der Wände möglich ist.
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Die Gutbeladung ist andererseits nach oben durch die bei kautschukartigen
Stoffen von einer bestimmten Grenze an schlechter werdende Abscheidung des Zyklons
begrenzt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, mit Beladungen von 0,2 bis 4, vorzugsweise
zwischen 1 und 2 kg/h Gut je 1 kglh Luft zu fördern.
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Die Luftgeschwindigkeit soll so hoch sein, daß die größeren Teilchen
beim Aufprallen auf die Wände genug Energie haben, kleinere an den Wänden klebende
Teilchen wieder loszuschlagen. Sie ist nach oben ebenfalls durch die schlechter
werdende Abscheidung des zyklons infolge quer durch den Abscheideraum springender
Teilchen begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß man mit Geschwindigkeiten zwischen 15
und 40m/s, berorzugt zwischen 25 und 35mls, befriedigend fördern und abscheiden
kann.
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Die Lufttemperatur soll im ganzen Fördersystem so hoch sein, daß
der Wasserdampf überhitzt bleibt.
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Bei kleiner Luftmenge und hohem Druck sind daher höhere Temperaturen
nötig als bei großer Luftmenge und kleinem Druck. Der Druck selbst spielt für die
Förderung keine wichtige Rolle. Man kann mit Normaldruck, Unter- oder Überdruck
arbeiten. Da die Temperatur auch das Verhalten der Kautschukkrümel und besonders
ihre Klebrigkeit beeinflußt, kann man sie den jeweils gegebenen Bedingungen anpassen.
Im allgemeinen haben sich bei der Trocknung verschiedener synthetischer Kautschuktypen,
wie Polybutadien, Polyisopren, Butadien-Styrol-, Butadiennytril-Kautschuk und anderen,
Lufttemperaturen von 30 bis 1200C, vorzugsweise 60 bis llO"C, bewährt.
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Die Kautschukteilchen sollen im Zyklon möglichst vollständig vom
Wasserdampf-Luft-Gemisch getrennt werden. Sie sollen sich dann mit hoher Geschwindigkeit
entlang den Wänden bewegen, sollen nicht quer durch den Abscheideraum springen und
infolgedessen zum Teil in den abgehenden Luftstrom geraten und so verlorengehen.
Ferner sollen Stauungen in der Nähe der Gutaustrittsöffnung vermieden werden. Der
Zyklon soll daher folgende Merkmale aufweisen: Der Eintritt ist ein schmaler, hoher,
ohne Spirale tangential in den Abscheideraum mündender Kanal.
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Das Tauchrohr hat den gleichen Querschnitt wie der Eintrittskanal.
Es ragt bis unter die Unterkante des Eintrittskanals in den Abscheideraum. Dieser
hat 2 bis 3mal größeren Durchmesser als das Tauchrohr.
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Er ist nach unten zur Gutaustrittsöffnung, deren Querschnitt die Hälfte
bis ein Drittel, vorzugsweise die Hälfte des größten Querschnitts des Abscheideraums,
beträgt, schlank konisch verjüngt. Der Zyklon kann mit Vorteil ohne Abschlußorgane
an der Gutaustrittsöffnung ausgeführt werden. In diesem Fall muß durch Absaugen
am Tauchrohr mit Ejektor oder Gebläse dafür gesorgt werden, daß die wasserdampfhaltige
Luft nicht an der Gutaustrittsöffnung ausströmt.
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Die mit einem Füllstutzen 1 und einem Flüssigkeitsablaß 2 versehene
Schneckenpresse 3 trägt eine Düsenplatte 4, an die ein rohrförmiger Tubus 5 angeschlossen
ist. Unmittelbar an der Düsenplatte 4 und dem TubusS befindet sich eine Ringdüse
6. Der Tubus 5 ist über eine Förderleitung 7 mit einem als Zyklon au sgebildeten
Wirbelbetttreckner 8 verbunden. Der Zyklon besilzt ein Tauchrchr 9, einen Abscheideraum
10, ein
Gutaustrittsrohr 11 und einen Ejektor 12. Unter dem Gutaustrittsrohrll
ist eine Schüttelrinne 13 angebracht.
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Die Vorrichtung eignet sich bevorzugt für die Trocknung sogenannter
Stereokautschuk-Typen, die durch Polymerisation in Lösung erhalten werden.
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Dazu gehören beispielsweise cis-Polybutadien und cis-Polyisopren.
In gleicher Weise können aber auch andere kautschukartige Lösungspolymerisate, wie
Butadien-Isopren-, Butadien-Styrol-, Äthylen-Propylen-, Äthylen-Propylen-Dicyclopentdien-
und ähnliche Copolymere, ferner Emulsionspolymerisate, wie Polychloropren, Butadien-Styrol-,
Butadien-Acrylnitril-Copolymere usw., getrocknet werden. Ebenso lassen sich Verschnitte
kautschukartiger Stoffe mit Füllstoffen, wie Ö1, Ruß, Kieselsäure usw., ohne Schwierigkeiten
aufarbeiten.
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Der Plastizitätsgrad der Produkte kann in weiten Grenzen schwanken.
Besonders vorteilhaft ist die beschriebene Arbeitsweise für Produkte mit einem Mooney-Wert
zwischen 30 und 60. Bei sehr weichen und sehr zähen Produkten kann es zweckmäßig
sein, den extrudierten Kautschuk zur Erzielung genügend kleiner Partikeln unmittelbar
nach dem Austritt aus dem Expander zu zerkleinern.
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Mit der Vorrichtung lassen sich in erster Linie Kautschukmassen aufarbeiten.
Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, solche Polymerisate oder Polymerisatgemische
aufzubereiten, die einen gewissen thermoplastischen Charakter aufweisen.
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Es ist ein besonderes Kennzeichen der beschriebenen Vorrichtung,
daß die Reaktionsbedingungen in sehr weitgehender Weise dem jeweils aufzuarbeitenden
Material angepaßt werden können. Somit gelingt es, auch empfindliche Polymerisate
und Polymerisatgemische in wirtschaftlicher Weise aufzubereiten. Die aufgearbeiteten
Produkte zeichnen sich durch besondere Homogenität aus, die in sehr gleichmäßigen
technologischen Eigenschaften zum Ausdruck kommt.
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Die Produkte lassen sich in der üblichen Weise unter Zusatz von bekannten
Hilfsmitteln, Füllstoffen, Pigmenten usw. vulkanisieren und finden auf dem Elastomersektor
für die Herstellung von Formartikeln, Dichtungen usw. Verwendung. Produkte mit mehr
thermoplastischem Charakter lassen sich z. B. durch Spritzguß zu Form artikeln verarbeiten,
die sich durch besondere Eigenschaften, wie Zähigkeit, Schlagfestigkeit, Festigkeit
gegenüber Spannungskorrosion usw., auszeichnen.
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Beispiel In den Füllstutzen 1 der Schneckenpresse 3 mit Doppelschnecke
werden feuchte Polybutadienkrümel mit 20010 Wassergehalt eingegeben. Ein Teil des
Wassers wird im Extruder abgequetscht und am Flüssigkeitsablaß 2 abgeführt. Die
Temperatur vor der Düsenplatte 4 beträgt 180"C, der Druck 100 at.
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Der feuchte Kautschuk expandiert in den Tubus 5.
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Über die Ringdüse 6 wird Luft von 800 C mit etwa 0,1 atü Überdruck
eingeblasen. Die Luftgeschwindig-
keit in der Förderleitung7 beträgt30mls. die Gutbeladung
1 kg/h Kautschuk je 1 kg/h Luft (+ Wasserdampf). Der Eintritt des Wirbelbetttrockners
8 ist als Schlitz mit gleichem Querschnitt wie bei der Förderleitung 7 und dem Tauchrohr
9 ausgeführt. Der Abscheideraum 10 hat einen 3mal größeren Durchmesser als das Tauchrohr
und einen 1,5mal größeren Durchmesser als das Gutaustrittrsohr 11. Die Verjüngung
ist 150. Am Tauchrohr 9 wird Luft und Wasserdampf mit dem Ejektor 12 abgesaugt.
Die anfallenden feinen Krümel von 1 bis 2 mm Größe haben eine Temperatur von 80"C.
Sie werden mit der Schüttelrinne 13 zur weiteren Aufarbeitung abgeführt. Der Wassergehalt
des Trockengutes ist 0,3 0/,, die Leistung der Versuchsanlage 50 kg/h Trockengut.