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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren und/oder
Eindampfen hochviskoser Stoffe, bestehend aus zwei horizontal gelagerten zylindrischen
Walzen, die achsenparallel in geringem Abstand nebeneinander angeordnet sind und
sich gegeneinander drehen, mit einem Einlaß und einem Auslaß zur Zu- und Abführung
der zwischen den Walzen hindurchgedrückten und auf deren Oberflächen in Umfangsrichtung
zum eintrittsseitigen Ende des Walzenspaltes zurückgeführten hochviskosen Stoffe,
wobei auf der Oberseite zwischen den Walzen und parallel zu deren Achsen ein Verteilerrechen
angebracht ist, dessen Zähne senkrecht zu der durch die Walzenachsen definierten
Ebene in den Walzenspalt hineinragen.
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Eine derartige Vorrichtung zum Behandeln hochviskoser Substanzen ist
bereits vorgeschlagen worden. Da bei dieser Vorrichtung durch die Unterteilung des
Walzenspaltes in einzelne Zwischenräume die aus diesen Zwischenräumen austretende
hochviskose Substanz in Teilmengen unterteilt ist, bilden sich längs der Walzenoberflächen
in Umfangsrichtung verlaufende, nebeneinanderliegende radiale Flüssigkeitsrippen
aus der hochviskosen Substanz aus, deren Ausbildune, den Vorteil mit sich bringt,
daß die hochviskose Substanz nicht nur in dem sich bildenden Wulst am eintrittsseitigen
Ende des Walzenspaltes durch die Drehbewegung der beiden Walzen ständig umgewälzt
wird, sondern daß mittels dieser Flüssigkeitsrippen eine zusätzliche Umwälzung der
Substanz erreicht wird, da diese Rippen sich bei jedem neuen Walzenumlauf aus dem
durch den Walzenspalt hindurchgedrück-ten Teil des Wulstes mit neuer Oberfläche
neu bilden. Auf Grund dessen wird nicht nur eine ständige Erneuerung der Oberfläche
des Wulstes, sondern eine ständige zusätzliche Oberflächenerneuerung an den Rippen
erreicht. Deshalb ist eine derartige Vorrichtung insbesondere für den Fall geeignet,
für den gasförmige Komponenten der hochviskosen Substanz abdampfen sollen. Hierzu
gehört z. B. die Verdampfung einer gasförmigen Komponente aus einem hochviskosen
Reaktionsgemisch, wie es beispielsweise bei der Vergrößerung der Kettenlänge synthetischer
Polymere, die durch Polykondensation gewonnen wurden, erforderlich ist. Außerdem
kann die beschriebene Vorrichtung dann Verwendung finden, wenn die hochviskose Substanz
in Wechselbeziehung mit der umgebenden Atmosphäre treten soll. Ferner kann die Vorrichtung
zum Homogenisieren der zu behandelnden Substanz oder zum Vermischen einer solchen
Substanz mit einer Beimengung dienen. Darüber hinaus kann aber auch die Emulgierung
einer hochviskosen Substanz mit einer niedrigviskosen Substanz, wie z. B. Wasser
oder einem Gas, durchgeführt werden.
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Die hochviskosen Substanzen selbst, für deren Behandlung die beschriebene
Vorrichtung geeignet ist, können stark voneinander abweichende Eigenschaften haben.
Es lassen sich sowohl reine Newton- i sche Flüssigkeiten sowie zäh-elastische Substanzen
und sogar Pasten verarbeiten.
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Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß die Verwendung von zwei
horizontalen zylindrischen Walzen, die achsenparallel in geringem Abstand i nebeneinander
angeordnet sind und sich gegensinnig drehen, sowie das Vorsehen eines Verteilerrechens,
dessen längs des Walzenspaltes in Abständen verteilte Zähne senkrecht zu der durch
die Walzenachsen definierten Ebene in den Walzenspalt hineinragen, für eine Vorrichtung
zum Umwälzen hochviskoser Substanzen auch schon zum Stande der Technik gehört. Bei
dieser bekannten Vorrichtung werden aber die hochviskosen Substanzen im Gegensatz
zu der eingangs beschriebenen Vorrichtung allein in dem sich über dem Walzenspalt
bildenden Wulst umgewälzt, während die durch den Walzenspalt nach unten hindurchgedrückten
Substanzen vom austrittsseitigen Ende des Walzenspaltes in Form einer streifenförmigen
Kunststoffbahn weggezogen werden, um beispielsweise Bodenabdeckungen, wie Linoleumbeläge,
aus flüssigem Kunststoff herstellen zu können. Bei dieser bekannten Vorrichtung
wird also die Substanz im Augenblick, in dem sie aus dem Walzenspalt austritt, von
den Walzen weggeführt, ohne daß es irgendwie beabsichtigt ist, Teilmengen der Substanz
längs der Walzenoberflächen weiterzuleiten. Mit dieser bekannten Vorrichtung ,wird
deshalb eine wesentlich geringere Umwälzwirkun- als bei der eingangs beschriebenen
Vorrichtung erreicht.
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Ziel der Erfindung ist es, die eingangs beschriebene Vorrichtung zum
Behandeln hochviskoser Substanzen so zu verbessern, daß die durch die Rippenbildung
erzielte Oberflächenvergrößerung noch weiter getrieben wird.
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Dieses Ziel wird bei der eingangs beschriebenen Vorrichtuno, dadurch
erreicht, daß längs der Oberfläche mindestens einer Walze ein oder mehrere ortsfeste
Abstreifer angeordnet sind.
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Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Anwendun- dieser erfindun-sgemäßen
Maßnahme nicht nur die Oberfläche jeder einzelnen Flüssigkeitsrippe erheblich vergrößert
wird, sondern daß auch die mittlere Zeit zunimmt, in welcher die Flüssigkeit dieser
Rippen im Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre ist.
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Die Wirkungsweise des oder der erfindungsgemäß vorgesehenen Abstreifer
kann wie folgt beschrieben werden: Der an der Walzenoberfläche unmittelbar anliegende
Teil des Flüssigkeitsfilms umströmt den Abstreifer und wird infolgedessen stark
verzögert. Dies -gilt insbesondere für diejenige Flüssigkeit, die längs der Abstreiferseite
von der Walzenoberfläche wegströmt. Die Geschwindigkeit dieses Flüssigkeitsteils
bestimmt die Geschwindigkeit der anschließenden Flüssigkeitsrippe, die demgemäß
ebenfalls örtlich stark verzögert wird. Wegen der hohen Viskosität der Flüssigkeit
kann die Verzögerung nicht sofort zu einer entsprechenden Verdickung der Flüssigkeitsrippe
führen. Infolgedessen wird die Flüssigkeitsrippe zickzackförmig zusammengefaltet,
wodurch sich eine beträchtliche Oberflächenvergrößerung ergibt, die im zusammengefalteten
Teil des Flüssigkeitsfilms beispielsweise 200 bis 30011/o beträgt.
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Gleichzeitig ist bemerkenswert, daß das Strömungsbild der Flüssigkeit
trotz der Zusammenfaltung infolge des oder der Abstreifer in einem weiten Drehzahlbereich
der Walzen vollkommen stabil bleibt. Nachdem die Flüssigkeitsrippe den Abstreifer
passiert hat, glättet sich nämlich der zusammengefaltete Teil der Flüssigkeitsrippe
allmählich und nimmt nach einer gewissen Zeit wieder seine ursprüngliche Gestalt
in einer zur Walzenachse senkrechten Ebene an.
Obwohl für jede Flüssigkeitsrippe
ein besonderer Abstreifer vorgesehen sein kann, läßt sich eine weit einfachere Konstruktion
dann erzielen, wenn jeder Abstreifer parallel zu einer Mantellinie einer Walze praktisch
über die gesamte Länge der Walze verläuft. Auf diese Weise erzeugt ein einziger
Ab-
streifer Falten in allen auf der Walze ausgebildeten Flüssigkeitsrippen.
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Die Querabmessungen der Abstreifer haben nur geringen Einfluß auf
die beschriebene Erscheinung. Damit der Energieverlust in der Vorrichtung auf ein
Minimum beschränkt wird, sollen die Abmessungen der Abstreifer im Querschnitt so
gering wie möglich sein, und der Querschnitt soll so gestaltet sein, daß tote Winkel
möglichst vermieden sind. Vorteilhaft werden Abstreifer mit halbkreisförmi -ein
Querschnitt verwendet, deren ebene Seite der Walzenoberfläche zugewandt ist.
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Vorteilhafterweise lie-en die Querabmessungen der Abstreifer in der
gleichen Größenordnung wie der halbe Walzenabstand. Dies gewährleistet, daß die
Abstreifer stets völlig in den Flüssigkeitsfilm eingetaucht bleiben.
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Der Umwälzvorgang ist am wirksamsten, wenn die Flüssigkeitsrippen
über ihre ganze Länge verteilt mit Falten versehen sind. Dies kann erfindungsgemäß
er-C C
reicht werden, indem eine Mehrzahl von Abstreifern in gleichen Abständen
auf den beiden Walzenoberflächen verteilt sind. Die gesamte freie Oberfläche aller
Flüssigkeitsrippen wird in diesem Falle um das Mehrfache vergrößert. Gleichzeitig
werden die Flüssigkeitsrippen so verzögert, daß die Zeit, in welcher sie in Berührung
mit der umgebenden Atmosphäre stehen, noch weiter erhöht C -
wird. Es sei
darauf hingewiesen, daß die Verzögerung des Rippenumlaufs keine Verringerung der
Bildungsgeschwindigkeit der Rippen mit sich bringt. Diese Bildungsggeschwindigkeit
bleibt konstant. Die Breite der gebildeten Falten kann allerdings durch die Abmessunaen
der Abstreifer beeinflußt werden. Diese Breite muß dabei kleiner als der Abstand
zwischen den ungestörten Rippen bleiben, um ein Zusammenfließen der Rippen zu verhindern.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der
Zeichnung beschrieben, in der eine Vorrichtung zur Vergrößerung der Kettenlänge
eines durch Polykondensation erhaltenen synthetischen Polymers gezeigt ist.
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Fig. 1 zeigt die bereits vorgeschlagene Behandlungsvorrichtung
im Längsschnitt längs der Linie I-1 von Fig. 2; F i g. 2 ist ein Querschnitt
längs der Schnittlinie II-II von Fig. 1, wobei aber die erfindungsgemäßen
Abstreifer vorgesehen sind; F i g. 3 und 4 zeigen im Querschnitt und im Längsschnitt
längs der Linien III-111 bzw. IV-IV das Profil des behandelten Reaktionsgemisches,
wie es in gleicher Weise bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1
el auftritt; F
i 1-. 5 zeigt im größeren Maßstab einen Teil einer Flüssigkeitsrippe bei
der Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fi ' g. 6 zeigt eine Draufsicht auf
mehrere nebeneinanderliegende Flüssigkeitsrippen in der Form von F i g. 5,
während F i g. 7 eine abgeänderte Ausführungsform eines Abstreifers gemäß
der Erfindung zeigt. In Fig. 1 und 2 sind zwei parallele zylindrische Walzen
1 und 2 in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Die Walze 2 ist
auf einer nicht dargestellten frei drehbaren Welle und die Walze 1
auf einer
in Pfeilrichtung angetriebenen Welle 3 befestigt. Die Welle 3 ist
in den Lagern 4 und 5 gelagert. Die beiden Walzen 1 und 2 sind mittels
zweier Zahnräder, von denen in F i g. 1 nur das vordere Zahnrad
6 sichtbar ist, derart miteinander verbunden, daß sie in entgegengesetzten
Richtungen und mit gleichen Drehzahlen umlaufen. Ein Verteilerrechen reicht mit
seinen hohlen Zähnen 8 von oben zwischen die Walzen herab. Die Zähne
8 sind über ein Verteilerrohr 9 mit einem Befestigungsrohr
10 verbunden, das verstellbar am Maschinengestell 11 befestigt ist.
Die hochviskose Substanz, die im vorliegenden Fall ein Polykondensat ist, aus dem
Glykol verdampft werden soll, kann dabei nahe einer Stirnseite der Walzen über eine
Zuflußleitung 12 zugeführt werden.
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Wegen der etwas gekrümmten Form der Zähne 8
wird das Polykondensat,
während die Walzen sich drehen, langsam zum anderen Walzenende transportiert, wo
es abgekratzt und über eine Abflußleitung abgeführt werden kann. Diese Einzelheiten
sind weggelassen, da sie ohne weiteres ersichtlich sind und die übersicht erschweren
würden. Aus den gleichen Gründen zeigen die Figuren nicht den Antrieb der Welle
3. Auch ist das vakuumdichte Gehäuse für die ganze 0 Vorrichtung und
der Anschluß am Gehäuse für die Erzeugung eines Vakuums innerhalb des Gehäuses weggelassen
worden.
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Wie F i g. 3 zeigt, bleibt ein größerer Anteil der hochviskosen
Flüssigkeit zwischen und auf den Walzen als leicht durchhängende Materialrolle
13
liegen. Diese Materialrolle 13, die die Form eines Wulstes besitzt,
ist an den beiden Stimseiten zwischen Wänden 16 und 17 eingeschlossen.
Die Lage der Rolle 13 ist außerordentlich stabil. Ihre Gestalt wird durch
die Viskosität der Flüssigkeit und die Drehzahl der Walzen bestimmt. Je größer diese
Werte, desto mehr nähert sich die freie Oberfläche der Rolle 13 der Gestalt
eines Kreiszylinders. Innerhalb dieser Rolle läuft die Flüssigkeitsmasse heftig
in Richtungen um, die durch die Pfeile angedeutet sind. Ein Teil der Flüssigkeit
wird ständig von den Walzen mitgenommen und zwischen diesen abwärts geführt. Unterhalb
der Walzen wird die mitgeführte Flüssigkeitsmasse in zwei Flüssigkeitsfilme getrennt,
von denen jeder von einer Walze mitgenommen und oberhalb der Walzen wieder in die
Rolle 13 gedrückt wird.
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Wegen der Anwesenheit der Zähne 8 des Kammes nehmen die beiden
Flüssigkeitsfilme eine spezielle Gestalt an. In den zu den Walzenachsen senkrechten
Ebenen der Zähne 8 werden nämlich die Filme dünner, und zwischen den Zähnen
bilden sich hohe und dünne Flüssigkeitsrippen 14 aus (s. F i g. 3
und 4).
Die Höhe dieser Rippen beträgt z. B. das 1- bis 1,5fache des Zwischenraumes
zwischen ihnen. Während diese Flüssigkeitsrippen ortsfest bleiben, wandert die zu
behandelnde Substanz allmählich in Drehrichtun- der Walzen von einem Ende zum anderen
Ende der Vorrichtung. Infolgedessen durchwandern Teile des Flüssigkeitsstromes nacheinander
alle Rippen und die Zwischenräume zwischen diesen, so daß die Flüssigkeit ganz gründlich
durchgemischt wird. Die Mischwirkuna läßt sich noch weiter ver-M
bessern,
wenn man dem Kamm eine hin- und hergehende Bewegung in Längsrichtung erteilt.
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Diese Mischung und Homogenisierung ist besonders gründlich an den
Stellen, wo die Flüssigkeitsrippen 14 in die Rolle 13 eingepreßt werden.
An diesen Stellen, die in F i g. 3 mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet
sind, werden die Rippen 14 ziehharmonikaartig in Falten 15 gelegt und in
dieser Gestalt in die Flüssigkeitsrolle 13 eingedrückt.
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Weitere Faltungen in den Rippen werden dadurch erzielt, daß gemäß
F i g. 2 an der Oberfläche der beiden Walzen 1 und 2 je fünf
Abstreifer 18 bzw. 19
in gleichen Abständen anliegen. Diese Abstreifer
18
und 19 erstrecken sich über die ganze Walzenlänge und sind an den
Trennwänden 16 und 17 in irgendeiner Weise befestigt. Ihre Höhe ist
etwa gleich der Hälfte der Spaltweite zwischen den Walzen 1 und 2.
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Wie F i g. 5 zeigt, wird der Flüssigkeitsstrom, der aus dem
Film 20 besteht, um den Abstreifer 18
herum verzögert und gestaut. Dies ergibt
auch eine Verzögerung und Stauung der Flüssigkeitsrippe 14, die demzufolge in Falten
21 gelegt wird.
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Gemäß F i g. 7, die eine abgeänderte Ausführungsform eines
Abstreifers zeigt, kann dieser mit 22 bezeichnete Abstreifer einen halbkreisförmigen
Querschnitt besitzen, wodurch tote Winkel so weit wie möglich vermieden sind. Dies
hat einen günstigen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des behandelten Materials. Außerdem
wird bei dieser Gestalt der Abstreifer gewährleistet, daß die im Betrieb durch Reibung
vernichtete Energie minimal bleibt.
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Es hat sich gezeigt, daß im Falle, in dem die Ab-
streifer
18 und 19 bzw. 22 vollständig in den Flüssigkeitsfilm eingetaucht
bleiben, die Größe des Ab-
standes zwischen den Abstreifem und der Walzenoberfläche
wenig Einfluß auf die Arbeitsweise der Vorrichtung hat. Daraus folgt, daß die Abstreifer
nicht in unmittelbarer Reibungsberührung mit den Walzenoberflächen zu stehen brauchen.