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Verfahren und Vorrichtung zum Herbeiführen einer Mischung und/oder
Reatkion.
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Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Durchführen einer
Mischung und/oder chemischen heaktion auf unterschiedlichen chemischen Gebieten,
z.B. in der Industrie der synthetischen Harze, der Metalle, z.B. Ferrit, des Petroleums,
der Nahrungeuiittel- und keramischen Industrien.
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Auf den verschiedenen Gebieten der Industrie der synthetischen Harze
war es bisher bei der Herstellung von Artikeln unter Formen üblich, ein Polymer
zu verwenden, das durch eine vorhergehende Polymerisation eines Monomeren erhalten
wurde; Solch ein bekanntes Verfahren macht nicht nur Vorrichtungen zur Umformung
eines Monomers in ein Polymer erforderlich, sondern auch zeidraubende besondere
Verfahren, sowie die Aufrechterhaltung einer geeigneten Wärmezufuhr oder Aufrechterhaltung
einer Temperatur zur Polymer sationsreaktion ; auch wird eine erhebliche Katalysatormenge
verbraucht. Das so jus der Polymerisation eines Monomers erhaltene
Polymer
ist aber gegen schädliche Auswirkungen, z.B. Abscheidung und/oder Auftreten von
Verunreinigungen, anfällig ; das @onomer muss gereinigt werden oder einer Nachbehandlung
mit reagierenoen Stoffen,. wie OxJtdations-und Reduktionsmitteln unterworfen werden,
die das Polymer an sich nicht ungünstig beeinfluss-en, damit solch ein Polymer bei
dei Hrstellung von Artikleln verwandt werden kann. Es ist jedoch schwierig, diese
VErunreinigungen zu disociieren oder vom Polymer durch eine solch geringfügige Behandlung
u entfernen, da diese Verunreinigungen oft fest am Polymer haften und daher eine
gewisse schädliche Wirkung der reagierenoen otoffe auf das Polymer an sich unvermeidlich
machen. Dehe nach dem tisherigen Verfahren treten zur Zeit Schwierigkeiten auf,
indem das Polyme rnotwendigerweise Modifikationen oder une rwünschten Wirkungen
ausgesetzt ist. Es ist also offensichtlich, dass eine zufriedenstellenden, geformten
Artikel he rzustellen sind, ohne dass mit Erfolg die aufwendige Behandlung,die aus
den vielen obengenannten Schritten besteht, vorgenommen wird.
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Im Hinblick auf die zur Zeit in der Industrie der synthetischen Harze
herrschenden Verhältnisse wird die Erfindung im folgenden offenbart.
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Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben werden soll, sollen Betrachtungen
bei der Bildung des Seidenfadens durch dbe Seiden-
dar Prinzip der Erfindundleichter verständlich machen, Bekanntlich ist der Vorläufer
oder das Vorgespinst des Seidenfadens im Körper der Seidenraupe noch im fliessenden
Zustand und weist keinerlei dem Seidenfauen eigene Festigkeit auf. Bei der Abgabe
aus dem Wurm wird dieses Vorgespinst jedoch in den bekannten deider faden umgeformt,
wodurch sich ein Seidenfaden mit einer so günstigen
Festigkeit
al ein Webfaden ergibt. Unter Zunutzemachung dieser Beobachtung wird erfindungsgemäss
selbst auf dem Gebiet der chemischen Industrie, z.B. der Kunstharzindustrie, vorgeschlagen,
Artikel durch das direkte Formen eines Monomers herzustellen, ohne das übliche Verfahren
ansuwenaen, bei dem eine vorherige Polymerisation des Monomers erforderlich wird,
wie oben erläutert, wenn solch ein Keaktionsmechanismus, wie er dem der Bildung
des Seidenfadens dient, aurchgefühit eraten soll.
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In diesen, zusammenhang soll derauf hingewiesen werden, dass bei aen
bisher bekannten Techniken die chemische reaktion der zu reagie renuen Substanzen
im vollkommenen. Mischzustand durchgeführt. wurde, und dies machte notwendigerweise
aie Aufrechterhaltung einer Reaktionsatmosphäre sowie Zeit erforderlich, in der
die reaktion erfolgreich durchgeführt werden konnte, selbst wenn das Mischen oder
das Inbewegungsetzen unter Anwesenheit einer erheslichen Katalysatormenge durchgeführt
wurde. Die Polymerisatoin als Zwischenscliritt war also unbedingt nötig, um die
gewünschten fertigen Artikel zu erhalten. Wira jedoch aer unvollkommene Zustand
der zu reagieren den, gemischten Substanzen verbessert und werden die Moleküle dieser
Substanzen so angeordnet, rraass sie nahe aneinander lieken, so können artikel direkt
aus dem monomer ohne @urclaufung der Polymerisation geformt werden. Mon kann also
auf die notwendige Ausrustung und aen Arbeitszeitaufwand, der bei der Polymerisation
nötig war, sowie auf den Katalysator bei aiesem Verfahren verZichten, und die kosten
zum Reinigen aes polymers fallen vollkommen fort. Auch erhält man fertige Produkte
oder Artikel ausgezeichneter Quslität, die im wesentlichen frei von Verunreinigungen
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wobei nicht mehr als die theoretische Menge an Rohmaterial eingesetzt
wird, ohne oder gegebenenfalls mit wenig Hilfsmaterialien, wobei die lästigen Schritte
einer Zwischenbehandlung fortfallen.
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Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich hauptsächlich auf die Kunstharzindustrie,
was oben erläutert wurde, gilt aber auch für andere Gebiete der chemischen Industrie,
z.B. der Metall-, Keramik-, Nahrungsmittel-oder Erdölindustrie. In der Pulvermetallurgierist
es z.B. bekannt, den Mischer kontinuierlich zwei oder drei Tage und Nächte lang
arbeiten zu lassen, um verschiedene Substanzen gleichmässig zu durchmischen. Bei
diesem zeitraubenden Mischverfahren konnte jedoch eine gleichmässige Durchmischung
miskroskopisch betrachte nicht erreicht werden, und ein weiteres Mischen hätte die
qualität der Mischung nicht über eine bestimmte.
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Grenze hinweg verbessert. Man war also mit den Produkten nied'rigerer
Qualität zufrieden, selbst wenn ein Katlaysator in erheblichen Mengen versandt wurde,und
selbst wenn ein the@@etisch das beste Ergebnis liefernde Mischungsverhältnis angewandt
wurde, so traten doch bis zu einem gewissen Grad Fehler in der Mischung auf die
nicht vermieden werden konnten, da es unmöglich ist, solch ein theoretisches Mischungsverhältnis
in der Praxis zu erreichen.
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Nach einem Merkmal der Erfindung sind Mischungsgeräte vorgesehen,
mit denen die Partikel verschiedener Substanzen, die reagieren sollen, vollkommen
nebeneinander angeordnet werden, wobei diese.
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Gerate im allgemeinen zwei oder mehr schalenartige Scheiben aufweisen,
die in einem Gehäuse gegenüber einander angeordnet sind und zithoher Geschwindigkeit
gedreht werden können, sowie Einrichtungen, mit denen die zu behandelnden Substanzen
getrennt
aufgegeben und jeweils zu den Schalen geführt werden, wobei
diese Einrichtungen im wesentlichen oberhalb des Mittelteiles der Scheiben angeordnet
sind. Bei solchen Geräten fallen die kontinuierlich von der Aufgabeeinrichtung aufgegebenen
Substanzen in konstanter Menge auf die jeweiligen, sich mit hoher Geschwindigkeit
drehenden Scheiben, und hierdurch werden diese zwangsweise über die Scheibe zum
Umfang hiervon in einer dünnen, filmartigen Form oder Schicht unter der Wirkung
der Zentrifugalkraft und des Einflusses der Reibung der Scheibenoberfläche sich
ausbreiten. Die jeweils im filmartigen Zustand vorliegenden substanzen werdne dann
miteinander vermischt und weiter in einen gemeinsamen Raum ausgebrieitet, wodurch
die Partikelnebeneinander zu liegen kommen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erlautert, die
beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung darstellen: Fig. t ist eine Seitenansicht
eines Reaktors, der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet
ist, wobei einige Teile fortgelassen wurden; Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines
Gerätes zur Herbeiführung einer Mischung oder Reaktion, das aber auch erfindungegemäss
zum Kneten oder Zerkleinern von Materialien geeignet ist, wobei in der Zeichnung
ein Teil fortgelassen wurde'; Fig. 3 zeigt eine teilweise Seitenansicht des Gerätes
zur Herbeiführung einer Mischung oder Reaktion und zur Granulierung von Materialien
nach der Erfindung, wobei ein Teil fortgelassen wurde; Fig. 4 zeigt ein zuführungssystem
für Materialien, die erfindungs. gemäss in einem Reaktor reagieren sollen.
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Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemässes Gerät aus einem sylindrischen
Gehäuse
34, das auf einer röhren förmigen Tragbuchse angeordnet ist, die ihrerseits auf
einer Rahmenkonstruktion 82 aufgebracht ist. Das s Gehäuse D4 ist oben mit t einer
kegelstumpfförmigen Abdeckung 77 mit starr befestigter AufgabeeitrichturIg (8 vel-zehen.
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In der Aufgabeeinrichtung 78 ist im @ittelteil eine vertikale Leitung
1 vorgesehen, die sich nach unten im wesentlichen zur Mitte des Inneren es Gehäuses
34 erstreckt. Vertikale Leitungen 2 2 und 3 sind konzentrisch um die Leitung 1 angeordnet.
Das obere Ende der vertikalen Leitung 2 ist etwas unterhalb der Leitung 1 angeordnet
und steht nit deni Eingangskanal 80 in Verbindung. i;-sL' obere Ende der Leitung
3 liegt tiefer als bei Leitung 2 und besitzt einen hoirzontalen Durchgang 81, ähnlich
dem bei 8C gezeigten. sie Leitungen 1,2 und 3 sind fest an die Aufgabekonstruktion
75 befestigt, in der die Durchlässe 80 und 81 ausgebildet sind0 Auch besitzt die
Aufgabekonstruktion 78 Zuführleitungen 4 und j sn beiden Seiten. Die Leitung 5 öffnet
sich zu einer Schüttrinne 7 hin, in der die Leitungen 1,2 und an bestimmten Stellen
angeordnet sind, wogegen die Zuführleitung 4 sich zu einen anderen Schüttrinnenteil
6 öffnet, der durch die Wand 87 bestimmt wird, die dazu dient, die Rinne 6 von der
Innenrinne 7 zu trennen. Die Schüttrinne 6 ist ganz oben angeordnet und steht nach
unten nur etwas vom obe-ren Ende des Gehäuses 34 aus vor. Das untere offene Ende
der Schüttrinne 7 nimmt im wesentlichen den Mittelteil zwischen Rinnen 6 und den
unteren Enden der Aufgabeleitungen 2 oder 3 ein.
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Unter der Aufgabekonstruktion 78 ist eine ubstanzstreu- und -ausbreiteinrichtung
vorgesehen, die im folgenden beschrieben werden soll. Innerhalb der Grundstruktur
32 und der tragenden Buchse 69
ist in deren Mitte eine vertikale
Welle 22 vorgesehen, die in lagern 32 und 34 ruht, welche an ein drehbares zylindrisches
Rohr 25, das in Längsrichtung die Welle 22 umgibt, befestigt ist. Das zylin drische
Rohr 25 ist drehbar auf der Buchse 69 mittels eines Lager 27 und eine; tragenden
Teil 71 am unteren Ende hiervon aufgebrach während oer obere Endteil drehbar in
einem Lager 26 gelagert ist, das auf aem Teil 69 in einem tragenden Teil 68 ausgebildet
ist, das einerseits auf einem Absatz 88 ruht, der in der Innenwand de Buchse 69
ausgebildet ist. An den unteren Endteilen der Mittelwel 22 und des zylindrischen
rohres 25 sind Antriebsrollen 29 und 28 jeweils angebracht, die mit eingenen Motoren
(nicht gezeigt, jedo vorzugsweise an der offenen Seite, mit dem Bezugszeichen 72
bezeichnet, anbetracht ####) über nicht gezeigte Bänder verbunden sind und die sich
bei hoher Geschwindigkeit in der gleichen oder entegengesetzten Richtung drehen
können.
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Die Mittelwelle 22 ist zusammengesetzt susgebildet oder mit einem
Bund 75 am oberen Ende versehen, Fest zwischen diesem Bund 75 und Klemmeinrichtungen
74 ist eine schalenartige Scheibe angeordnet, die geneigte, ringförmige Oberflächen
12 und 13 aufweist. Zwischei den Flachen 12 und 13 ist ein horizontaler Teiß mit
flacher Oberfläche eingesetzt, auf dem eine Stutze 14 verankert ist, die starr die
erste ringförmige, schalenartige Scheibe 93 trägt, die e: nach oben geneigte Oberfläche
an der Oberseite besitzt und eine nach unten geneigte Fläche 91 an der Unterseite,
Auf dem Teil mit der flachen Kante der ersten schalenartigen Scheibe ist eine Stütze
15 verankert, die die zweite Ringscheibe 90 trägt, welche eine nach unten geneigte
Fläche 11 besitzt. Weiterhin ist auf dem flachen Teil 8, der auf der Oberfläche
der zweiten Scheibe 94 åusg bildet ist, eine andere Stütze 16 verankert, die auch
fest hierau@
die dritte ringförmige, schalenartige Scheibe 95 mit
nach unten ab-, geschragrer Fläche 9 trägt. Der obere endteil des drehbaren zylindrischen
Hohres 25 ragt nach oben in die Anordnung hinein, die der auf-der Untersetie der
Scheibe 90 entspricht. Das zylindrische Rohrist am oberen Rand. mit einer ringförmigen,
schalenartigen Scheibe 90- ausgebildet, die einen flachen Randteil 97 besitzt, der.-gegenüber
und parallel ded flachen Randteil 96 der dritten ringförmigen, schalenartigen Scheibe
95 ist und besitzt eine ringförmige, nach oben geneigte Fläche 20.
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Nun sollen die Beziehungen zwischen den schalenartigen Scheiben und
den veischiedenen Aufgabeleitungen beim Arbeiten beschrieben werden, Wird der Motor
in Gang gesetzt, so werden die Scheiben mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Die
durch die Leitung 1 aufgegebene Substanz wird in den Raum oder in die Rammer 73
eingeführt, die hierunter, die Klemmeinrichtungen 74 umgebend, angeordnet sind,
und hiernach -wird es in den Spetcherraum 19 durch'den Kanal 13, der #### im Unterteil
der schalenartigen Scheibe 90 ausgebildet ist, gedrückt. Die Substanz wird dann
veranlasst, sich über die geneigte Fläche 17 der schalenartigen Scheibe 98 unter-Wirkung
der Zentrifugalkraft und Stößen gegen die geneigte Fläche 11, nach Störunge durch
Vorsprünge 99, auezubreiten. Die Substanz wird dann über die geneigte Fläche 2Q,
den Randteil der geneigten Fläche 9 und durch die vorstehenden Zapfen 21, 21a auf
den gegenüberstehenden Flächen der flachen Teile 96 und 97 geführt und verteilt
sich nach außen zur Innenwand des Gehäuses 34 hih. bei dieser Bewegung der Suhstanz
breitet sich diese über die geneigten Flächen 17, 11 und 21 einer kontinuierlichen,
sehr dünnen, filmartigen und hiermit
in Berührung stehenden Schicht.
aus, jind- der Film wird am Rand dieser Oberflächen in-tinzige Teile zerkleinert.
Die Vielzahl von vertikal vorstehenden Zapfen 21 und 21a trägt weiter dazu bei,
die Substanz in feinere Partikel aufzuteilen. Eine zweite, durch die leitung 2 eingeführte
und mit der Substanz durch die lreitung-1 zu vermischende Substanz wird gegen die
geneigte Fläche 11 verspritzt, nachdem sie über die geneigten Flächen 12,13 geführt
wurde, dann wird sie mit der ersten Substanz versetzt und muss sich gegen die Innenwand
des Gehäuses sowie die Substanz aus der Leitung 1 ausbreiten. Die hier gezeigte
dritte Leitung 3 dient im vorliegenden Falle zum Einführn atmosphärischen Gases
oder zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur, selbstverständlich kann diese
Leitung jedoch zur zuförderung einer anderen, zu vermischenden Substanz verwandt
werden, und hierbei würde die angelieferte Substanz mit dem Material aus der Leitung
2 an der geneigten Fläche nach Durchgang über die Oberfläche 19 vermischt und hiernach
folgt sie dem gleichen Weg, wie die Substanz aus der Leitung 2, wie oben erwähnt.
Die hier gezeigt ten Aufgabe öffnung n4 und 5 sind geeignet, mit pulverförmigen
Substanzen beschickt zu werden. Die pulverförmigen Substanzen, die aus der Öffnung
5 eingebracht werden, dehnen sich über die Pberfläche 1 aus, während sie mit der
Substanz von der geneigten Oberfläche 13, nämlich aus der Leitung 2, vermischt werden
und' dann auf die Fläche 20 verspritzt werden, wodurch die Substanz weiter mit der
aus der Leitung 1 vermischt wird und hiernach gegen die Innenwand des Gehäuses 34
sich aushreitet, Andererseits dehnt sich die aus der Öffnung 4 eingeführt Substanz
über die geneigte Fläche 9 -sie ist ja schon mit der Substanz aus den Leitungen
1 und 2 und der Offnung 5 und gegebenenfalls der Leitung 3 vermischt II und
schliesslich
wird sie gegen die Innenwand des Gehäuses 4 ausgebreitet, nachdem sie durch die
Vorsprünge 21 und 21a durchgegangen ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung über die Beziehung von verschiedenen
Komponeten während des Arbeitens geht klar hervor, dass beide Leitungen 2 und 3
oberhalb der geneigten Fläche 12 öffnen, und dass die geneigten Flächen 10, 13 und
17 parallel zur'geneigten Fläche 11 ausgebildet sind, die so orientiert ist, dass
sie die geneigte Fläche 20 in deren Mitte kreuzt, während die Fläche 20 unter einem
Winkel zur geneigten Fläche 11 liegt.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind radial angeordnete Abatreicher 33
innerhalb des Gehäuses 34 längs dessen Innenfläche angeordnet. Die Abstreicher 33
sind auf einem arehbaren Teil aln äusseren Ende hiervon angebracht, an dessen unterem
Endteil ein Glied niit Außenverzahnung 31 vorgesehen ist, das mit einem geeigneten
Getrieberad eines nicht gezeigtan Antriebsmechanismus durch den Schlitz 69' kämmt,
der in der Hülse 69, wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet ist.
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In dieser Art werden die Abstreicher 33 längs der Innenwand des Gehäuses
34 angetrieben, wodurch die fein vermischten Materialien, die über diese Oberfläche
oder den boden fein vertelt sind, in die Austragöffnung 35 gekehrt werden, die im
Boden des Gehäuses 34 ausgebildet ist.
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Jede Oberfläche 11, 12, 13, 10, 20, 9 und 91 ist glatt und besitzt
lineare Neigung, so dass die hierauf geförderten Rohmaterialien sich gleichmässig
ausbreiten oder nach aussen sich verteilen, wobei diese Neigung die Materialien
daran hindert, in dem Raum aufgrund
des Luftstromes, der längs
der geneigten Oberfläche durch die hohe Geschwindigkeit erzeugt wird, "schwimmen",
und so wird eine Ausbreitung der materialien nach aussen hin derart hervorgerufen,
Cass letztere immer einer Kraft ausgesetzt sind, die sie an der Oberfläche anliegen
lässt. Dieses Phänomen beruht wahrscheinlich auf der Tatsache, dass eine erhelbiche
Reibungsberührung zwischen den Partikeln der Substanz und der sie -berührenden Fläche
auftritt, und dies ruft die Differenz in der Expansion oder Ausbreitungsgeschwindigkeit
zwischen den Partikeln, die in enger BerUhrung mit der Oberfläche sind und denen,die
auf diesen Partikeln angeordnet sind; hervor. D.h., die ausbreitung oder Disperision
der Materialien längs und über die Oberfläche beruht auf der Wikrung der gentrifugalkraft
und der Reibungskraft der Scheibenoberfläche, die auf de Materialien ausgeübt wird,und
jede Störung dieser gleichmässigen Ausbreitung oder Dispersion der Materialien aufgrund
der Rotation kann vollkommen verhindert werden-. Da, wie oben gesagt, die Bläschen
10,12, 13 und 20 so geneigt aind, dass sie zum Mittel- oder Grundteil der geneigten
Flächen 9 und- 11 gerichtet sind, werden die auf diese geförderten Materialien zu
den geneigten Flächen 9 und 11 im gleichen Zustand, wiX auf den Flächen 10,12,13
und 20, nämlich im ausgebreiteten Zustand, befördert. Den geneigten Flächen 11,21
kommt also eine wesentliche Funktion bei der Ausbreitung der aus dem Mittelteil
der Vorrichtung über und längs der nach unten geneigten Fläche 11 zu. Es ist allgemein
schwierig, die Substanzen über solche nach unten zeigenden Flächen euszubreiten,
wenn die Zufuhrstellung in der Mitte ist, selbst wenn die Scheiben sich bei hoher
Geschwindigkeit drehen. Ijit der Anordnung der obenganannten
Scheiben
jedoch können die Substanzen sich leicht über die Unter-,-seite, z.B. der geneigten
Fläche 1-1, ausbreiten, ohn-e dass irgendwelche Störungen auftreten. Weiterhin ist
es nach der Anordnung der Erfindung möglich, viele und unterschiedliche Scheiben
inn-er- @ halb eines relativ kleinen Gehäuses unterz-ubringen, wo. durch das Vermischen
von vielen arten von Substanzen erleichtert wird, wobei der Feinzserkleinerungeffekt
auf die zu vernischenden Substanzen. erheblich verbessert wii'd, indem eine wiederholte
Seinzerkleinerung zu dem eitpunkt vorgenommen wird, wenn die Substanzen den Rand
der Scheibe verlassen. Besitzen die zu vermischenden Substanzen eine geringe Viskosität
und besitzen sie-einen relativ grossen Partikeldurchmesser oder Dispergierbarkeit
oder soll eine Zerstörung der Partikel vermieden werden so transportiert man das
Material nicht- über soviele schaltenartige Scheiben der obenerwähnten Art. Hierbei
ist es dann notwendig, die anzahl der Scheiben soweit wie möglich herabzusetzen
und in einem extremen Ball reicht eineinmaliger Stoß auf die substanz gegen die
Scheibenoberfläche aus, um eine gleichmässige Ven;;ischung herbeizuführen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform zur Hrbeiführung einer solchen Durehmischunf können
ein Faar von nach oben und unten weisenden Scheiben, jede im wesentlichen mit dem
gleichen Durckmesser, einander gegenüberstehend vorgesehen sein, wobei die Randteile
hiervon einen beachtlichen Abstand tben, so dass die verschiedenen, jeweils von
diesen Rändern der Scheiben Ausgebreiteten Substanzen einander in dem zwischen den
Scheiben bestimmten kaum kre@zen können, wodurch sie durchmischt verden. Für Partiekel
mit hoher viskosität dagegen bevorzugt.man eine grössere Anzahl von Scheiben, als
bei der Ausführungsform nach Fi0.i, wodurch die interagierenden, kohäsiven
Kräfte
zwischen den Partikeln eiheblich herabgesetzt werden. Das Ereni ist eine nicht klebende
oder nicht haftende und gleichmässig durchmischte Miaphung.
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Die schalenartigen Scheiben 93, 94, 95 und 98 sind vorzugsweise so
ausgebildet, dass ihre Ränder so seharf wiemöglich sind. Besitzen die Scheiben eine
gewisse Dicke am Rand, so nehmen die verteilten Materialien eine, nicht einer Linie
folgende'und eine unbestimmte Lage beim Verlassen an, wenn sie von der Oberfläche
der Scheiben aus ausgebreitet werden, was für die fein zerteilung unerwünscht ist
und was die gleichmässige Ausbreitung und Dispersion der Substanzen stört. Weiterhin
erzeugt der längs der Unterseite der Scheibe auftretende Luftstrom Wirbelströme
am Rand der Scheibe, die das beeorzugte "Abfliegen" und die Dispersion der Partikel
zur Innenwand des Gehäuses stören. Wird jedoch der Rand der Scheibe scharf zulaufend
hergestellt, so können diese Schwierigkeiten beseitigt werden, und hierdurch erhält
man die gleichmässige und verlässliche Feinzerteilung, ausserdem wird die Dispersion
des Maferials sichergestellt.
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Wie oben erwähnt, sind die Endrandteile 96, 97 mit einer Vielzahl
von Vorsprüngen 21 und 21a auf entgegengesetzten Seiten versehen, und die vermischten
Substanzen werden von diesen Rändern fort zur Innenwand des Gehäuses 34 dispergiert.
Bei der Drehung der Scheiben ruft der hierdurch erzeugte Luftstrom die Druckdifferenz
zwischen den Innen- und Aubenräumen, die durch diese Vorsprünge unterteilt werden,
hervor. Der Druck im Innenraum wird nämlich erhöht, während der Druck im Außenraum
abnimmt. Der Luftstrom im Innenraum längs der Scheibenoberflächen besitzt aiso eineh
gewissen expandierenden
Druck und wird veranlasst, durch die Vorsprünge
zur Innenwand des Gehäuses auszsutreten, und zwar mit einer konischen Expansion
in vertikawler Richtung, was sich also vom linearen Austreten unterscheidet. Dieser
Effekt ist für eine Vorrichtung brauchbar, in denen Feststoff-.(Pulver-)-Materialien
mit flüssigen Additiven reagieren', da sowohl die Verteilung wie die Ausbreitung
der flüssigen Additive über die Außenoberfläche des Feststoffmaterials wirksam ausgeführt
werden kann.
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Die Ma'terialpartikel werden zur Innen@ and des Gehäuses von den flachen
Randteilen 96 und 97 in der Richtung längs der Tangentenlinie zum Kreisumfang der
Scheibe unter Wirkung der Zentrifugalkraft dispergiert, die durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit
der Scheiben aufgebracht wird, und die so dispergierten Partikel werden durch die
Innenwand des im Horizontalschnitt kreisförmigen Gehäuses 34 aufgenommen. Es werden
also keine Partikel (festoff) von der Innenwand des Gehäuses 34 zurückgestossen,
wenn sie hierauf aufschlagen, unabhängig davon, dass diese Partikel eine erhebliche
Geschwindigkeit haben; vielmehr werden sie sich weiter längs einer abwärts gerichteten
spiralförmigen Bahn (unter der Wirkung der Schwerkraft) über die Innenfläche des
Gehäuses bewegen, wobei die Geschwindigkeit progressiv abnimmt,und schliesslich
werden sie stationär auf dieser Oberfläche abgeschieden oder fallen auf den Boden.
Hierdurch kommen die Partikel innig über der Innenfläche des Gehäuses 34 zusammen,
wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen- d en Sutstanzen, insi besondere,
wenn die Reaktion zwischen Feststoff und flüssigen Materialien gewünscht wird, gesteigert
wird, da die Häufigkeit der Berührung zwischen den Feststoffen während der Spiralbewegung
längs der kreisförmigen Innenumfangsfläche erhöht wird, und selbst wenn solch ein
flüssiges Material sich- nur teilweise auf einem
Feststoffpartikel
vor dem Stoß abscheidet, so breitet es sich doch über die Gesamtoberfläche des Partikels
aus.
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Selbstverständlieh wird diese Verbesserung bei der Mischung oder Reaktion
@iter durch die Drehung gegenüberstehender Scheiben 95 und 98 in entgegengesetzten
dichtungen gesteigert (hierbei soll erwähnt werden, dass die Scheiben im allgemeinen
in entgegeng.esetzten Richtungen gedreht werden, abgesehen von dem Fall, wo eine
Zerstörung der Partikel verhindert werden soll).
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, werden die Substanzen,
die miteian der reagieren sollen, im allgemeinen Üuf den mittelteil der Scheiben
aufgegeben. Die nach außen gerichtete Dispersionsgeschwindigkeit der so auf die
Scheiben aufgebrachten Substanzen besitzt also einen hohen Geschwindigkeitsgradienten
in Radialrichtung, uer proportional ue; Dicke der Schicht ist, und dies führt dazu,
dass die Substanzpartikel an einer Vereinigung unten Wirkung der Scherkraft proportional
zu diesem Geschwindigkeitsgradienten gehindert werden. Weiter wirkt die auf die
Substanzpartikel ausgeübte Zen trifugalkraft sowie die Reibungskraft zwischen den
Partikeln solbst und zwischen den Partikeln und der Scheibenoberflache usammen,
um die Substanzschicht von der Oberseite zu zerbrökeln, wodurch diese radial dispergiert
werden. Wird eine Fiüssig. keit auf die Scheibe zur Zerstäubung awufgebracht, so
kann rnan ###den Viskositätswert cer flüssigen Substanz ähnlich dem des lnnenwizerstAndes
der Feststoffpartikel, zumindest bei der erfindungsgemässen Feinbehandlung, annehmen.
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Bei der behfandiung von flüssigken Stoffen kann der Durchmesser eines
vom Rend del Seneibe abfliegenden Flüssigkeitstropfns d durc
folgende
Gleichung dargestellt werden: 160 @ q0,2 N N0,3 wo N die Drehzahl der Scheibe, z.B.
U/Min q die zugeführte enge D der Scheitendurchmesser ist.
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Die Dicke der Flüssigkeitsschicht Z (am Rand der Scheibe) ist d/3,
während die Dicke der Schicht längs der Innenfläche der scheibe aurch die folgende
Gleichung dargestellt wird : 8 2 n#r2 wo n die Drehzahl und r der Durchmesser der
Scheibe ist.
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Diese Formel gilt auch bei der Behandlung von pulverförmigen (Feststoff-)
Partikeln.
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Im allgemeinen werden vom hand der Scheibe freigegebene Partikel in
Horizontalrichtung abfliegen, wenn aer Partikeldurchmesser relativ gering it, unu
während der Durchmesser zunimmt, nähert sich die Abflugsrichtung des Partikels proportional
der geneigten Richtung der Scheibenoberflächew Sollen Partikel mit ### im wesentlichen
dem gleichen Durchmesser vermischt werden, so bestimmt dieser Durchmesser das Dispersionsspektrum
der Partikel das sich längs des Scvheibenumfanges ausbildet, wie durch obige Formeln
bestimmt 1wird, wenn die Wert N,D und q geeignt.t gewählt werden.
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Werden auf die Scheibe Rohmaterialpartikel mit unterschiedlichen-Durchmessern
innerhalb eines beachtlichen Bereichs geliefert oder ist die Viskosität der Materialien
nicht gleichförmig, so zeichen Partikel mit grossem Durchmesser die Scheibenoberfläche
schneller als die mit kleinem Durchmesser in der pyramidenförmigen Anordnung, die
sich durch das zugegebene Material im Mittelteil der Scheibe ausgebildet hat, und
so erfolgt eine Klassifikation der Partikel nach Durchmessergrösse. Erfidnungsgemäss
jedoch erhält man, wenn die Behandlung mit konstanter Zuführmenge, wie weiter unten
erläutert werden soll, durchgeführt wird, ein gleichmässiges Verteilungsspektrum,
################## unabhängig von den unterschiedlichen Partikelgrössen. D.he, die
Ungleichheit in der Partikelgrösse bei Rohmaterial ruft keinerlei Störungen im gewünschten
Dispersionsspektrum hervor.
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Findet die Reaktion zwischen pulverförmigem Material und flüssigem
Material statt, sohängt das Reaktionsverhältnis von der Aktivität der Feststoffoberfläche
oder der Flüssigkeit sowie von der Grösse der Partike-l ab. Wird Flüssigkeit in
geringer Menge zugegeben (z.B. weniger als etwa 15%), so tauchen Flüssigkeitstropfen
(mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikron), die von dem Scheibenrand freigegeben
werden, unmittelbar in einen Strom aus Festsotffpartikeln ein und werden von letzteren
umhüllt, wodurch Pellets gebildet werden, die schliesslich beim Durchgang durch
die vorstehenden Zapfen 21, 21a pulverisiert werden, wohingegen keine Trennung des
Flüssigkeitstropfens von den pulverisierten Feststoffpartikeln ; auftritt.
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Ist jedoch der Partikeldurchmesser gross, so wird die Berührungsfläche
des Flüssikgeitstropfens mit dem Feststoffpartikel eingeschränkt, wodurch die neigung,
Pellets zu bilden, abgeschächt wird
aufgrund dessen dann eine Trennung
zwischen Tropfen und Feststoff partikel leichter in den Pellets mit einer dicken
Flüssigkeitsschicht auf dem Feststoffpartikel auftritt, wenn dieses durch die vorstehenden
Zapfen 21,21a geführt wird. Hier kann eine kleine Masse an kondensierter Flüssigkeit
möglicherweise sich auf der Gehäusewand ausbilden. zieles Tre;rnungsphänoraen zwischen
flüssigen und festen Phasen kann vorteilhafterweise für eine gewisse Reaktion ausgenutzt
werden. Ist z.B. die Extraktion eines zugänglichen Teils von Feststoffpartikel wünschenswert,
und verwendet man ein flüssiges organisches Mittel, z.B.Benzol, so können Feststoffpartikel
und Flüssigkeit auf der Oberfläche der Scheibe vermischt werden und dann vom Rand
der Scheibe, wie oben erwähnt, sich auobreiten, und so ernält man die Trennung zwischen
flüssiger una Feststoffphase leicht, da die Feststoffpartikel, die eine relativ
große Grösse besitzen, in Richtung längs der Neigung der Scheibe abfliegen, während
die Flüssigkeitstropfen, die eine relativ geringe Grösse haben, im wesentlichen
in horizontaler Richtung abfliegen.
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Beim durchführen der Trennung dieser Art ist es zweckmässig, geeignete
Trenneinrichtungen zwischen die imginäre Ebene, die sich von der geneigten Fläche
der Scheibe und der horizontalen Ebene aus erstreckt, so dass Feststoff und i?lüssigkeitatropfen
oberhalb und unterhalb jeweils getrennt werden. Das'flüssige Mittel, as seine Extraktionsreaktion
beendet hat und so getrennt wurde, kann dann zu weiteren Behandlungsschritten bestimmt
werden, und die so teilweise extrahierten Feststoffpartikel können zur zweiten Scheibe
überführt werden, auf der sie wieder einer anderen Extraktionsreaktion und Trennung
ausgesetzt werden. Mit dem erfindungsgemessen
uerät kann also
die in Aussicht genommene Extraktionsreaktion in sehr kurzer Arbeitszeit erfolgen
und gleichzeitig kann ein TrenljvorganS der gesättigten Reaktionsflüssigkeit ausgeführt
werden., Erfindungsgemäss können gasförmige Stoffe vorteilhaft bei der Reaktion
eingesetzt werden. Da - wie oben gesagt - dr Luftstrom liings der schalenartigen,
mit hoher Geschwindigkeit sich drehen Uen Scheibe erzeugt wird, ist es offensichtlich,
dass auch gasförmiges Material, das zu einer keaktion verwandt werden soll, an del
Stelle eingeführt wird, wo dis keaktion stattlindet, indem das Gas auf die cheibenoberfläche
gefördert wird. Als solche gasförmigen Substanzen können oxydierende, neutralisierende
und reduizerende Gase gegebenenfalls eingesetzt werden. Zusätzlich kann Gas bei
hoher Tempertatur zur Verbesserung der keaktion oder auf weniger als OGG 0°C abgekühlter
Gas zum Anhalten der Reaktion während eines gewissen Zeitintervalls angeliefert
werden -da erfindungsgemäss eine sehr feine Mischung besbsicntigt ist, wobei die
neaktion schnell abläuft und der ein solches Unterbrechen der Reaktion von Fall
zu Fall wünschenswert sein kann.
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Es ist natürlich auch möglich, das Gerät selbst zu erwärmen oder
zu kühlen, es it jedoch vorteilhafter, ein solches gasförmiges Medium direkt auf
die Schibenoberflache auf der oder längs cerer die Reaktion auftritt, zuzuführen.
Hierdurch wird die Gefahr eines Brennens der Lager oder anderen Teile des Gerates
vermieden, die auf rund der Erhitzung dr Vorrichtung selbst auftreten kann. Im Hinblick
hierauf können aie aurch den Luftstrom
längs der Scheibenunterseite
tei Verwendung eines gasförmigen Mediums erzeugten Wirbelströme vorteilhaft zum
Fördern der Reaktion ausgenutzt werden, indem die zu reagierende Substanz in Schwingungen
versetzt wird0 Hierbei kann der Randteil der Scheibe vorzugsweise abgerundet sein,
so dass er eine gewisse Dicke hat anstatt scharf zuzulaufen, um so die Entstehung
von wirbelströmungen zu unterstützen. Auch kann erfindungsgemäss ein Luftstrom,
der unter der Scheibe erzeugt wurde, vorteilhaft beim zuführen der gasförmigen Mediums,
wie oben erläutert, ausgenutzt werden. Hierbei kann ein längalicher Spalt zwischen
einem Paar von schalenartigen Scheiben, die im Abstand parallel zueinander angeordnet
sind, verwanot werden, Weiterhin können bei der ausführungsform der Erfindung, wie
oben erwähnt, alle zu vermischenden Materialien zunächst auf cie schalenartige Scheibe
gegeben werden. Dies ist jedoch nicht immer notwendig, d.h., obwohl bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit
gearbeitet wird, werden nicht alle matialien, wenn sie auf die Mitte der Scheibe
fallen gelassen werden, besonders dann, wenn Materialien in geringer Menge aufgebracht
werden, nicht itisier genau dispergiert. Diesen Nacateil arn man durch einen kcnischen
Vorsprung der am Mittelteil der schalenartigen Scheibe 90 ausgebilset ist (schräge
Fläche 12) behebenr
wie z. B. in Figur 1 im unteren Teil des Führungsrohres
gezeigt, diese Unzulänglichkeit kann aber auch -durch geeignete Druckausnutzung
besitz werden. Solch ein Fall ist in Figur 2 gezeigt, bei dem eine Walze zum Kneten
oder Zermalen und Mischen von Materialien eingesetzt wird. Der sich drehende Zylinder
56 ist drehbar über die Lager 26 durch die Stützen 68 gelagert, die auf dem tragenden
Grundrahmen 88 der tragenden Trommel 69 ruhen. Auf dem Oberteil des sich drehenden
Zylinders 56 ist die sich drehende Platte 54 mit einer kreisförmig abgestuften schrägen
Fläche 50 und 51 als ein Körper ausgebildet. Von der schrägen Fläche 51 nach außen
gehend sind zwei pawrallel tragende Teile je mit 59 bezseichnet, ausgebildet. Die
Walze 60, die drehbar durch die tragende Welle 61 gelagert ist, ist zwischen den
beiden parallelen tragenden Teilen 59 angeordnet. Bei den genannten sich drehenden
Zylinder ist eine weitere sich drehende Welle 55 vorgesehen.
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Der Druckraum 43 ist oben auf der rotierenden Welle 55 vorgesehen.
Die sich drehende Platte 52 mit der schrägen Fläche 48 ist oberhalb des Druckraums
43 angeordnet. Auf denlAußenrand der sich oben drehenden Platte 52 steht eine Stütze
57, eine andere sich drehende Platte 53 ist mit einer weiteren schrägen Fläche 49
auf der Stütze 57 aufgebracht., so daß die schräge Fläche 49 der erstgenannten schrägen
Fläche 51 gegenübersteht. Das Verlängerungsteil 58 mit dem hängenden Teil 58', das'so
herabhängt, daß die vorgenannte Walze 60 auf der Innenseite gleitet, ist auf dem
außenliegenden Rand der sich
drehenden Platte 53 vorgesehen. Die
erwähnte schräge Fläche 50 ist so angeordnet, daß sie nahe dem Ende der Schrägung
der Fläche 49 gegenübersteht. Die Zuführöffnung 44 befindet sich weiterhin auf der
Oberseite des Gehäuses 34, so daß die Materialien auf der sich drehen den Platte
52 durch den Führungseinlaß 45 angeliefert werden. Eine weitere Zuführöffnung 41
ist zum Zuführen von gasförmigen oder flüssigen Medien, die unter einem geeigneten
Druck stehen, vorgesehen. Diese Medien werden von der Zuführöffnung 41 zum Druckraum
43 über das Zuführrohr 42 geführt und werden dann auf die schräge Fläche 50 vom
Auslaß 46 ausgeschleudert, der auf dem Rand vorgesehen ist. Die Ubertragung der
Drehbewegung auf die sich drehende Welle 55 und den sich drehenden Zylindern 56
ist in gleicher Weise wie in Figur 1 gezeigt vorgenommen, um die Funktoin der oben
genannten Ausführungsform dieser Erfindung zu erläutern: Die von der Zufuhröffnung
41 zum Druckraum 43 geförderten Materialien werden aus der Schleuderöffnung 46 herausgeschleudert,
während die von der Zufuröffnung 44 gelieferten Materialien zunächst sich auf der
schrägen Fläche 48 ausbreiten, die Materialien werden dann zur schrägen Fläche 49
4'er sich drehenden Platte 53 transportiert und weiter ausgebreitet und dispergiert.
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Die in-Borm eines dünnen Filmes in obiger *rt dispergierten und ausgebreiteten
Materialien werden polymerisiert, den Materialien die vom Druckraum 43 ausgeschleudert
wurden, zugegeben und mit diesen vermischt und breiteten sich in Form
eines
dünnen Filmes auf der schragen Fläche 50 der sich drehenden Platte 54 aus. Diese
Materialien werden weiterhin in einen durch und durch vermischten Zustand weitergemischt,
während sie sich längs der schrägen Fläche 49 und 51 bewegen, Dann werden sie auf
der Innenfläche des verlängerten Teils 58 dispergiert, die Materialien werden dann
einer Knet- oder @hlbewegung zwischen der Walze 60 und dem hängenden Teil 58' unterworfen.
Hierbei wirkt auf der Innenseite des hängenden Teils 58 haftendes Materialien eine-
große Zentrifugalkraft, die Stoffe werden also nicht glatt zur walze 60 gefördert.
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Das Kratzglied 62, das im unteren Teil der Figur 2 dargestellt ist,
wird in geeigneter Weise mit der Rolle 60 an den parallelen tragenden Teil 59 befestigt.
Die Materialien werden zur Walze 60 durch das Ende des kratzenden Gliedes 63 gefördert,
das in elastischer Weise die Bertilirung herstellt und das sich längs der Innenseite
des hangenden Teils 58' dreht. Versuche haben gezeigt, daß der Durchmesser des Flüssigkeitstropfens,
der von der schrägen Fläche 50 auf die schräge Fläche 49 abfällt, zwischen 10 und
100 µ selbst bei Fetten und Ölen mit' hoher Viskosität liegt. Die Tropfen sind als'o
sehr fein und können vorteilhaft zur Herstellung von Farbe etc. verwandt werden.
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Nach der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform wird ein Druckraun wie
in Figur 2 verwandt. Nach der ausführungsform der Figur 3 ist dieseraber so ausgelegt,
daß er eine weitere Granulierung vornimmt. D.h. bei dieser Ausführungform werden
die Materialien durch eine einzige sich drehende Welle vermischt.
Die
sich drehende Platte 54X, die mit dem Druckraum 43 ausgestattet ist, ist im oberen
Teil der sich drehenden Welle 55 ausgebildet7 die in der tragenden Trommel 169 durchdas
Lager 26 gelagert ist. Zwei schräge Flächen 50 und 51 sind kreisförmig und konzentrisch
zur sich drehenden Platte 54 in der gleichen Art wie bei der in Figur 2 gezeigten
Ausführungsform ausgebildet.
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Zwei Zuführöffnungen 41 und 44 sind auf dem Gehäuse -134 vorgesehen.
Die Zuführungsöffnung 41 ist mit dem Druckraum 43 durch Zufuhrrohr 42 in gleicher
Art wie bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform verbunden. Bei der in Figur
9gezeigten Ausführungsform jedoch ist die tragende Platte 82 an dem mittleren oberen
Teil der sich drehenden Platte 54 befestigt. Die sich drehende Platte 65 besitzt
eine schräge Fläche 64, die der sich drehenden Platte 54 gegenüberliegend auf der
Stütze 57 angeordnet ist, die wiederum auf der tragenden Platte 82. vorgesehen ist0
Der Durchlaß 148 der vermischtenj Materialien ist zwischen den paralelen Platten
66 und 67 eingebaut, die so ausgebildet sind, daß sie sich in Richtung von den Außenräfldern
der sich drehenden Platten 54 und 65 fort erstrecken. Der obere Teil der tragenden
Trommel 169 ist im Gehäuse 134 enthalten, das eine trichterartige schräge Znnenfläche
86 im unteren Teil besitzt. An der oberen Außenseite ist der Saugzylinder 136 befestigt.
Der Boden des Saugzylinders 136 ist gekrünimt und
bildet den Führungsauslaß
137, der aus dem Gehäuse 134 hervorragt und das hervorragende Ende dieses Führungsauslasses
137 ist mit dem Cyclon verbunden. Die Leitung 146, die mit dem Aussprühauslaß zum
Aus sprühen von Materialien in Richtung seiner Tangente ausgerüstet ist, ist selbständig
an die obere Innenseite des Gehäuses 134 befestigt. Die von Gebläse 135 kommenden
Führungsrohre 147 und 148 sind mit der Leitung 146 und dem vorgenannten Cyclon 138
verbunden. Bei einer in Figur 3 gezeigten Ausführungsform wird das Medium entsprechend
dem gewünschten Granulierungsdurchmesser durch den Sprühauslaß 46 und die schräge
Fläche 50 herausgeschleudert, während die zum Führungseinlaß 45 von der Zuführungsöffnung
44 durch den Zuführkasten 84 geführten Materialien zur schrägen Fläche 64 von der
tragenden Platte 82, einer Scheibe, geführt werden.
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Die Materialien sollen sich längs der schrägen Fläche 64 ausbreiten.
Diesen Materialien überlagert sich das von der vorgenannten schrägen Fläche 50 gelieferte
Medium, hiernach bilden sich dann Pellets und die gebildeten Pellets werden zur
Innenseite des Gehäuses durch die schräge Fläche 51 hin ausgetragen.
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Die Itaterialien, die die Innenseite des Gehäuses 134 erreicht haben,
sinken dann, indem sie sich spiralförmig auf der Innenseite des Gehäuses 134 in
einem Luftstrom drehen ab; währenddie Walzbewegung des granulierenden Körpers -fortläuft
und es erfolgt eine richtige Verdichtung, dann ein schneeballartiges Formen und
die Ausbildung von richtigen Kugeln; hiernach werden die gebildeten Pellets vom
Austragauslaß 85, der am unteren Teil des Gehäuses 134 sich befindet, auagetragen.
Nicht zu
Pellets geformte-Pulver werden von der Saugöffnung 136
abgesaugt und zum Cyclon 138 geführt, wo sie einer Separatorwirkung unterworfen
werden. -Ein solcheY'Pulver tragender Luftstrom wird an das Gebläse 135 von Cyclon
1-38 durch das Gebläseführungsrohr 148 geliefert. Der Granulierungsdurchmesser kann
in geeigneter Weise geändert werden, indem die zugeführte Menge an Materialien an
der Zuführöffnung 41 geändert wird.
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Z.B. ist dieses Granulierungsverfahren zur Herstellung von körnigen
Reinigungsmaterialien, körnigen. Chemikalien für die Landwirtschaft, Düngemitteln
oder zu versprühenden Nahrungsmitteln und dergleicher.. geeigneto Bei einer solchen
Granulierung ist eine absolute feine Granulierung-nicht notwendig, da ja z. B. Flüssigkeitstropfen
zugegeben werden; die schräge Fläche in 50 kann daher in der figur 3 gezeigten Ausführungsform
fortfallen, die vom Sprühauslaß 46 abgeschleuderten Flüssigkeitstropfen können direkt
die schräge Fläche 64 erreichen. In beiden Fällen können fast gleichmäßige Körner
hergestellt werden Ein Konstantmengen-Zuführmechanismus kann für den vorgenannten
Zweck eingesetzt werden, übliche Geräte, wie z. B. Strömungsmesser oder Proportionalpumpen
und geeignete Ventile können verwandt werden, wenn die zu behandelnden'- Materialien
gasförmig oder flüssig sind. Sollen jedoch Feststoffpartikel behandelt werden, so
ist ein ganz genaues Arbeiten erforderlich Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Eonstantmengen-Fördermechanismus,
a der bei dem in Figur 1 gezeigten Gerät eingesetzt werden kann
Wie
aus der in Figur 1 gezeigten Anordnung zu ersehen ist, sind Leitungen 1, 2 und 3
insbesondere für die Zuführung von flüssiger, oder gasförmigen Materialien geeignet.
Zunächst soll eine konstante Zufuhr von Materialien, die in den relativ einfachen
Leitungen 1, 2 und 3 reagieren sollen mit Bezug auf die in Figur 4 gezeigte Vorrichtung
erläutert werden.
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Diese Leitungen 1, 2 und 3 sind jeweils mit Leitungen 101, 102 und
103 verbunden, die mit Strömungsmessgeräten 141, 142 und 143 sowie Strömungseinstellvorrichtungen
104, 105 und 106 auegestattet sind. Zwischen diesen Strömungsmessern 141, 142 und
143 und den Strömungseinstellvorrichtungen 104, 105 und 106 sind Betätigungseinrichtungen
144, 145 und 146 vorgesehen, die elektrisch und/oder mechanisch betätigt werden
und die Abweichungen der Strömungswerte vom Normwert, wie sie durch die Sträömungsmessgeräte
gemessen werden, übertragen, wodurch die Strömungseinstellvorrichtungen 104, 105
und 106 gestellt werden, wodurch also die Regulierung der Strömung erfolgt. So wird
die Zuführmenge an flüssigen oder gasförmigen Rohmaterialien konstant gehalten.
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In die Beschickungsöffnungen 4 und 5 eingespeiste pulverförmige Feststoffmaterialler
werder einer vorhergehenden Pulversier-ang durch ein geeignetes Gerät bis zur Feinpulverisierung
unterworfen. Solch ein pulverisiertes pulverförmiges Material wird durch den Pulverkonstant-Zuführrnechanismus
S und 51 angeliefert.
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In Figur 4 ist der Mechanismus S schematisch dargestellt, die
Konstruktion
kann jedoch auch im wesentlichen die gleiche wie die des anderen Mechanismus S'
sein, der genauer dargestellt ist. Die Konstruktion von 51 soll daher anhand eines
Beispiels genauer erläutert werden. Der Mechanismus 51- umfasst allgemein einen
kombinierten Börder-und Wiegemechanis mus. Der trichterförmige Behälter 125 ist
oberhalb des Börderbandes 130 angeordnet, das auf Antriebsrädern 129 und 130 läuft.
Der Behälter 125 besitzt einen vorgezogenen Teil 126 an der Unterseite der sich
längs des Bandes in Richtung der Bandbewegung erstreckt. Innerhalb dieses vorgezogenen
Teiles 126 ist eine Rolle 1-27 vorgesehen, die zur Anlieferung von Material auf
das sich in Bewegung befindliche Band in konstanter Menge dient0 Das so zugelieferte
Material wird abgefördert.
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Eine geeignete Abdeckung 128 ist über der Rolle 129 vorgesehen.
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Der Abstand zwischen Rolle 127 und dem Band 131 ist über geeignete
Stelleinrichtungen einstellbar. Treibt man daher das Band 131 mit bestimmter Geschwindigkeit
an, so wird eine hiervon abhängige Rohmaterialmenge vom hbdeckungsteil 128 aus abgefördert.
Das so durch das Band 131 geförderte Material wird anschließend zum Sekundärförderband
110 abgegeben. Dieses Band 110 ist auf Rollen 112 gelagert, die durch das Antriebsrad
111 angetrieben werden. Bei Antreiben des Bandes 110 mit konstanter Geschwindigkeit
werden hierdurch geförderte Rohmaterialien in die Vorrichtung in konstanter Menge
gefördert.
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An der Seite dieses Bandes 110 ist ein Seitenrahmen 108 mit einem
in der Mitte befestigten vertikàien tragenden Rahmen 109
vorgesehen.
Dieser tragende Rahmen 109 ist an Punkt 120 aufgehängt und an ein Ende eines balancierenden
Schwinghebels 114 befestigt. D.h. der vom Band 110 umfasste i'ördermechanismus kann
als Ganzes an ein Dnde eines baläncierenden Schwinghebels 114 über den tragenden.
Rahmen 109 gehängttwerdenO Der Schwinghebel 114 besitzt einen zweiten Punkt 119,
der mit der Spitze nach unten zeigt, und auch an dessen Unterseite angebracht ist,
wobei dieser Punkt 119 oben auf der Stütze 122 angeordnet ist, die am Boden des
Gehäuses 107 befestigt ist.
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Der tragende Rahmen 109 und die Stütze 122 sind drehbar miteinander
über ein paar von parallelen Hebeln 123 verbunden, letzterer wird also immer in
vertikaler Lage, wenn er vertikal bewegt wird, gehalten. Am-Schwlnghebel 114 ist
am anderen Ende ein dritter Punkt 116 mit Spitze nach oben vorgesehen, der ein vertikal
herabhängendes Gewicht 115 trägt. An einem Zwischenteil zwischen den Punkten 119
und 116 ist ein Stift vorgesehen, der im eingriff durch einen gabelförmigen Teil
eines Armes 118 aufgenommen wird, der seinerseits an der Welle 133 befestigt ist
und drehbar um den horizontalen Arm der Stütze 122 gelagert ist. Eine vertikal herabhängende
Stange 113 ist auch an diese drehbare Welle 133 befestigt. Am unteren sunde dieser
Stange 113 ist ein Einstell- oder Regelglied 124 an dieser Stange 113 befestigt,
und zwar oberhalb und nahe dem Bande 110. Das Regelglied 124 wird durch Änderungen
zu einer Normmengen an Rohmaterialien' ausgehen betätigt, die durch den Balanciermechanismus
mit Schwingstab als Hauptkomponente gemessen wird.
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(Genauer gesagt, kann das Regelglied 124 gewöhnlich oberhalb des Bandes
im Abstand hiervon angeordnet sein, so daLateine gewisse Menge Rohmaterial, das
durch das Band 110 gefördert wurde, hiervon abgenommen werden kann, wobei diese
abzunehmende Menge entsprechend den Anderungen, die vom Standardwert der durch den
Balanciermechanismus gemessen wird, variiert) Wie schon oben erwähnt, richtet sich
die Erfindung auf ein genaues Vermischen, um-die Qualität des Produktes, was auf
einer sofortigen Reaktion beruht, und aus diesem Grunde ist die Genauigkeit beim
Arbeiten des Konstantmengen-Fördergerätes in sehr strikter Beziehung einzuhalten.
Der Zuführmechanismus, wie er oben beschrieben wird, erfüllt solch eine Forderung
vollkommen, wobei die Grobmengeneinstellung durch das Band 131 und die Rolle 127
ausgeführt wird, während die genaue Zugabe der zu fördernden Menge durch den Balanciermechanismus
sowie das Regelglied 124 sichergestellt wird. Die in Praxis gemessene Fehlergenauigkeit
betrug + 1 ffi am Band 131 und + 0,5 % am Band 110. Die Fehlergenauigkeit bei der
Vermischung lag innerhalb + 0,3.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung genauer, ohne sie
zu beschränken.
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Beispiel 1: Reaktion eines Vinylchloridharzes Die Reaktion wurde unter
Verwendung des in Figur 1 gezeigten Gerätes und des in Figur 4 gezeigten Zuführmechanismus
durchgeführt.
Ein Teil eines flüssigen Weichmachers wurde durch die Leitung 2 auf die scheibenartige
geneigte Fläche 12 gegeben und breitete sich aus, während das Harzpulver durch die
Beschickungsöffnung 5 auf die geneigte Fläche 10 gefördert wurde, und sic dann über
die geneigte Fläche ausbreitete und der flüssige Weichmacher zurückgegeben wurde,
der über die geneigte Fläche 13 von' der Flache 12 ausdispergiert wurde, wodurch
die chemische Affinität dieser Idaterialien gesteigert wurde. Weiterhin wurde der
Rest des Weichmachers durch die Leitung 1 auf die geneigte Fläche zugegebene Das
pulvrige Material und der flüssige Weichmacher waren innig und gleichmäßig miteinander
vermischt und es wurde eine schnelle und angemessene Reaktion hervorgerufen Dann
wurde ein Schmier-, mittel, ein Stabilisator und Farbstoffe eingeführt und mit den
oben genannten reagierenden Stoffen von der geneigte2; Fläche 20 aus dispergiert.
Die reagierender. Stoffe, die so durchmischt und dispergiert wurden, waren fein
nulverisiert und bein: wustritt aus den vorstehenden Zapfen durchmischt. Die sich
ergebende Mischung wurde über den austritt 5 ausgetragen und in Artikel vermittels
eines Extruders fteformt. Im vorliegenden Beispiel wurde das Harzpulver direkt anstelle
von Pellets verwandt, die zweckmäßigerweise beim Polymer von Vinylchlorid eingesetzt
wird und so wurde das Verfahren zum Bilden der Pellets, das bisher erforderlich
war, fortgelassen und hierdurch ergaben sich Vorteile, die darin bestanden, dad
eine unerwünschte Wärmewirkung auf die artikel völlig vermieden werden konnte, wodurch
der
Wärmewiderstand und die Stabilisierung der Artikel gesteigert wurden und das Extruderverfahre-n
vereinfacht wurde.
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Die Drehzahl der schalenartigen Scheibe betrug 3000 U/mixi, der Durchmesser
der Scheibe betrag 30 cm, gemessen am Rand der geneigten Fläche, der Durchmesser
der Harzpartikel betrug im Durchschnitt 0,15 mm und die zugeführten Mengen 10 1/min.
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Beaspiel 2: Reaktion zur Herstellung von. Düngemitteln auf der Basis
von Phosphorsäure Bs wurden die Geräte nach Figur 1 und der Zuführmechanismus nach
Figur 4 verwandt. Aus der Leitung 1 wurde Ammonium und von der Leitung 2 eine Aufechlämmung
zugeführt, die aus pulverisiertem Serpentin mit einem Korndurchmesser von 0,2 mm
unter Zugabe von H3POX und H2SOA gebildet wurde, und wobei eine Kontaktreaktion
in Gang gesetzt wurde. Die Drehzahl der Scheiben betrug 2500 U/min, die Menge der
durch den zuführdermechanismus angelieferter Aufschlammung und Ammonium betrug je
50 i/h.
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Das Reawktionsverhältnis betrug mehr als 93 %. Man erhielt das Produkt
im wesentlichen in getrocknetem Zustand. Die bisher erforderliche lange Reaktionszeitdauer
konnte damit umgangen werden0 Nach der Behandlung wurde z. B. Wärme kaum angewandt.
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Beispiel 3s Reaktion zur Herstellung von Fluorwasserstoffsäure Unter
ähnlichen Behandlungsbedingungen wie in dem Beispiel 2 wurdeeine'Mischung aus 80
ffi Fluorwasserstoff, 10 ß Siliciumfluorid, 5 % Schwefelsäuregas und 5 % Wasser
unter zugabe konzentrierter Schwefelsäure zu einem Bluorit von 80 mesh hergestellt.
Die Feuchtigkeit wurde durch die Reaktionswärme während des Mischverfahrens verdampft,
wobei verbleibendes Gips in Form eines trockenen Pulvers erhalten wurde. Die Naohbehandlung
wurde erheblich vereinfacht0 Beispiel 4: Holzverzuckerung Unter ähnlichen Behandlungsbedingungen
wurde Holzmehl von 150 - 1200 mesh zugegeben und mit H2504 im äquivalenten Verhältnis
umgesetzt. Auch bei diesem Beispiel konnte auf eine lange Reaktionsdauer vollständig
verzichtet werden, die Ausbeute an Saccharifikat wurde bis zu 90 % gesteigert und
die Nachbehandlung wurde vereinfacht0 Die Reaktionsgeschwindigkeit konnte selbstverständlich
frei eingestellt werden.
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Beispiel 5: Herstellung von Titaniumzusammensetzungen Über Chlorierungsverfahren
erhaltenes schwammartiges Titan wurde bei 9000 C in einem Wasserstoffofen zur Bildung
von Hydrid erwärmt. Das Produkt, das eine Verzerrung in der Struktur aufwies, wurde
durch einen Zerkleinerer auf weniger als
0,2 mm im Durchmesser
pulverisiert. Das pulverisierte Material wurde in konstanter Menge in den Einlaß
5 bei einer Geschwindigkeit. von 940 gr/min geführt,-während- pulverförmiges Silicium
mit einer Partikelgröße in derselben Größenordnung mit konstanter Mengein den Einlaß
5 bei einer Geschwindigkeit von 1080 g/min eingespeist wurde; gleichzeitig wurde
Wasserstoffgas- in die Leitung 2 bei einer Geschwindigkeit von 0,5 Nm3/min eingeführt,
während warme auf etwa 2000. C erwärmte Luft in die Leitung 3 geblasen wurde. Die
schalenartigen Scheiben-wurden mit 3QOq U/min gedreht Das so erhaltene Produkt wurde
wieder auf 11000C in einem Wasserstoffofen 10 Minuten lang erwärmt und reines Titandisilicid.wurde
bei einer Ausbeute von-92 Gew.-bezogen auf das Rohmaterial, erhalten, d.h. Titanhydrid
und pulverförmiges Silicium.
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Beispiel 6: Herstellung von Kunstharzschäumen 1000 Teile Polystyrol
wurden auf eine Größe von 0,3 mm Durchmesser zerkleinert und mit konstanter Menge
in den Einlaß 50 geführt und 20 Teile Methanol wurden in die Leitung 3 eingegeben,
während 70 Teile Hexan in die Leitung 2 zugeführt wurden. Die Drehzahl der Scheiben
betrug 2000 U/min. Das entstandene Produkt wurde in einer metallischen Form, die
Entgasungsporen aufwies, vergossen und einer Expansionsbehandlung durch Dampf bei
95°C 15 Minuten lang unterworfen, wodurch geschäume es Polystyrol entstand.
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Nach dem üblichen Verfahren müssen mit Schäungsmittel vermischte Polystyrolpartikel
einen Tag und eine Nacht lang stehen r->elassen werden, ao daß das Polystyrol
vollkommen vom Schäumungsmittel imprägniert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist solch ein Vorgehen aber völlig überflüssig, und es wurde gefunden, daß die Verschäumungsbehandlung
leicht durchgeführt werden konnte.
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Beispiel 7 : Reaktion zur Herstellung von Traubenzucker in fe-ster
Form Das in Figur 4 gezeigte Gerät, ausgestattet mit dem Konstantzuftirderungsmechanismus
nach Figur 5, wurde bei dieser Reaktion eingesetzst. Konzentrierte Zuckerflüssigke.it
mit einer Viskositat von 420 Be wurde auf die Oberfläche 12 der Echalenarti.en Scheibe
gefördert und verteilt und ausgebreitet. Flüssige, vom Umfangsrand der schalenartigen
Scheibenoberfläche 13 abeschleuderte Teilchen wurden durch Zerkleinerungszähne 147
auf der Scheibe 98, die sich in umpekehrter Richtung zur Scheibe 90 drehte, repulverisiert.
Die winzigen, so erhaltenen Tröpfchen wurden dann abgeschleudert und zum Kristalltraubenzuckerpulver
von 100 mesh Teilchengröße gegeben, der vom Einlaß 5 aufgegeben wurde, und über
die zweite und dritte ringförmige, schalenartige Scheibe 94 und 95 ausgebreitet,
wodurch sofort der Kristall vergrößert wurde, wobei die flüssigkeit auf den Pulverpartikeln
abgeschieden war. Traubenzuckerpulver, das so erhalten wurde, wurde aus dem Auslaß
35 ausgetragen.
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Die Zufuhrmenge an Flüssigkeit betrug 38 % des rohen Kristalls.
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Vorzugsweise lässt man die geneigte Fläche 13 bei hoher Geschwindigkeit
rotieren, um winzige Tropfen zu bilden. Die zweite und dritte Scheibe 94 und 95
sowie die schräge Fläche 20 drehen sich jedoch mit ebensolcher Geschwindigkeit und
es besteht die Möglichkeit, daß eine volsltändige Zerstörung der Partikelgröße eintritt.'
In Praxis wurde die geneigte Fläche 13 mit verminderter Geschwindigkeit rotieren
gelassen, nämlich bei etwa 800 U/min.
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Die Zerkleinerun'gszähne trugen wirksam dazu bei, solch winzige Tropfen
bei verminderter Rotationsgeschwindigkeit zu erhalten, während die flache Ringscheibe
148 verhinderte, daß die pulverförmigen Partikel im Übermaß in den mit Zähnen besetzten
Teil eintraten und daher von diesen zerstört wurden.
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Beispiel 8: Reaktion zur Verhinderung; der Fermentierung von Reiskieje
Die in Figur t gezeigte Vorrichtung, ausgestattet mit dem Zufürdermechanismus ch
Figur 4 wurde verwandt. Chlorgas wurde durch die Leitung 2 zur Scheibe 13 geführt
und unter Ausschleudern einer Reiskleie zugegeben, die von den Beschickungeöffnungen
4 und 5 eingeführt wurde, und wurde über die geneigien Flächen 10 und 11 nach Durchgang
durch den Aufnahmeteil 8 und die geneigte Fläche 9 verbreitet. kIan ließ dann die
Reiskleie die Menge an Gas entsprechend 0,3 % an Reiskleie absorbieren.
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Die so behandelte Xeiskleie war gegen Fermentierung und Zersetzung
geschützg. Nach einer langen Speicherzeit lag die Ausbeute einer Ölextrawktion bei
5Q- r.
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Im vorstehenden wurden beyorzugte Beispiele der Erfindung gegeben
und beschrieben, selbstverständlich ist die Anwendung der Erfindung hierauf nicht
beschränkt, die Erfindung kann bei vielen chemischen Reaktionen angewandt werden.
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Um dem technischen Zweck der Erfindung jeweils wirksam zu dienen,
zieht man es vor, das Feststoffmaterial vorher schon so weit wie möglich zu zerkleinern,
(es ist jedoch nicht immer notwendig, gleichmäßig große Partikel herzustellen).
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Die Antriebsbedingungen für die Vorrichtung bei der jeweiligen Reaktion
können leicht durch die oben genannte Pormel festgelegt werden, indem ein geeigneter
Durchmesser der abgeschleuderten Partikel (d) gewählt wird, sowie die Drehzahl (N)
der Scheibe, die Zufürderungsmenge (q) und der Durchmesser der Scheibe (D). Die
Zuführungsmenge an Rohmaterial wird allgemein durch Berechnung aufgrund der theoretischen
enge des gewünschten Produktes festgelegt, dies bedeutet notwendigerweise jedoch
nicht, da3. diese enge auf die genannte Reaktionsformel zurückgeht. Wie vorher beschrieben,
9011 erfindungsgemäß die Reaktion plötzlich erfolgen; der Unterschied zui bisherigen
Reaktionsverfahren ist erheblich, bei dem zwei oder mehr unterschiedliche reagierende
Bestandteile vorher kompoundiert wurden und vermischt wurden und in einem Reaktor
gealtert wurden. Bei dem üblichen Verfahren war es nämlich, selbst wenn die Menge
der reagierenden Bestandteile, die im Reaktor enthalten waren, als Ganzes in einem
bestimmten Mischungsverhältnis vorlagen, unmöglich, die zicht-; leichmäßigkeit des
Kompoundierungs- oder
Vermischungsverhältniases -in einem kleinen
Teil der Mischung zu verhindern. Erfindungsgemäß jedoch'wird das gewunschte. Verhältnis
genau auch in einem winzigen Teil der Mischung aufrecht erhaltenbund selbst unter
den Partikeln der reagierenden= Stoffe, Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
es also auch möglich, eineabnormer Reaktion, z. B. eine Reaktion, bei der die Menge
eines reagierenden Stoffes gleich der Hälfte der gewünschten Menge ist, durchzuführen0
Bei solch einer abnormen Reaktion verbleibt der Restteil des im Überschuß zugegebenen
Materials nicht im nicht umgesetzten Zustand, vielmehr geht die Reaktion in einen
solchen Zustand über, bei dem die im ueberschuß vorhandenen Materialien gleichmäßig
subreagiert werden0 Offensichtlich hat ein aus einer solchen Reaktion stammendes
Produkt besondere Eigenschaften Die Erfindung macht es alsp möglich, eine Reaktion
durchzuführen, deren Reaktionsbedingungen unbekannt sind und daher unbekannte Substanzen
zu erzeugen.
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Vorteilhafte Wirkungen und Auswirkungen der Erfindung ergeben sich
aus der vorstehenden genauen Erläuterung von selbst Der erfindungsgemäße Reaktor
kann vorteilhaft anstelle bisheriger Rühr-' oder Schwingreaktoren bei ausgezeichneter
Wirkung gegenüber den letzteren und übedegener Funktion eingesetzt werden0 Auch
kann erfindungsgemäß die Zeit -für die Reaktion und "das Altern" erheblich verkürzt
werden, die bisher mehrere Tage und Nächte oder mehr in Anspruch nahm. Kein oder
nur wenig Katalysator wird für die Reaktion erforderlich.
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Eine Deringbehandlung, die bisher unumgänglich war, wird überflüssig.
Die Reaktionsleistung wird bei allen Materialien, die gleichmäßig umgesetzt werden,
gesteigert. Produkte mit ausgezeichneter Qualität können also erhalten werden. Selbst*erständlich
können die Binrichtungen sowie das für die Reaktion verwandte Verfahren relativ
vereinfacht werden. Die Konstruktion des Reaktors ist sehr einfach und selbst wenn
die Scheiben bei hoher Geschwindigkeit sich drehen, treten keine Störungen hinsichtlich
der Wartung auf, da eine beeondere Anordnung mit mehreren Scheiben getroffen wurde,
die wie ein Deckel unter den Bedingungen der Trägheit rotieren. Unterhaltungskosten.
werden eingespart.
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Die erfindungsgerr.-äße Reaktion hat, wie oben erläutert, viele Vorteile
und dies kann der Tatsache zugemessen werden, daß die zu reagierenden Substanzen
genau dispergiert werden, und sich ausbreiten, so daß die Materialpartikel nahe
aneinander angeordnet werde kennen, wobei die Paartikel alle gleichen Abstand voneinander
besitzen. Zusätzlich trägt die Relativgeschwindigkeit zwischen den zu reagierenden
Mater-ialåen zur Verbesserung der Reaktion bei.
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Es ist bekannt, daS eine solche Relativgeschwindigkeit einen wichtigen
Faktor zur Beschleunigung der Reaktion darstellt. Erfindungsgemäß tritt eine solche
Relativgeschwindigkeit zwischen den reagierenden Stoffe gerade an der Stelle auf,
wo die Reaktion stattfindet. Durch Drehung sich gegenüberstehender Scheiben in umgekehrter
Richtung kann eine Relativgeschwindigkeit entsprechend
der doppelten
Partikelgeschwindigkeit, wobei diese vom Umfangsrand der Scheibe abgeschleudert
wird, erhalten werden. Die Erfindung verschafft also eine rasche und sehr wirksame
Reaktion, wie sie bisher nicht möglich war.