DE1457182C3 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen - Google Patents

Description

laufend Teilchen von außen in dem Mischgutstrom eindiffundiert und so die hervorragende Mischwirkung erzielt.

Die Deformationen, welche von den Rotor- und Statoroberflächenausbildungen auf den Mischgutstrom ausgeübt werden, bewirken gleichzeitig eine axiale Förderung, wobei die Förderung entweder von der Rotor- oder Statorseite her erfolgt. Es ist aber auch möglich, daß vom Rotor oder Stator keine Förderwirkungen ausgehen, so daß der Transport des Mischgutstromes durch die Mischvorrichtung mittels Fremdenergie, z. B. Druck, erfolgen muß.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Noppen, Rippen od. dgl. schraubenförmig angeordnet sind, wobei der Steigungswinkel der Schraubenlinie zwischen 15 und 30° liegt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß in axialer Richtung entlang dem zentrisch-zylindrischen Rotationsmischer Zuführungen ao angeordnet sind. Durch diese Zuführungen können die einzelnen Komponenten des Produktstromes dem Rotationsmischer an verschiedenen Stellen zugeführt werden, was oftmals vorteilhaft ist.

Durch die neuartige Anordnung und Gestaltung »5 der Rotor- und Statoroberfläche wird eine Verbesserung der Homogenisierwirkung erzielt. Außerdem wird eine vorzügliche Knet- und Streckwirkung im Mischgut erzielt. Für besonders empfindliche Produkte können unerwünschte Scherkräfte durch gerundete Noppen oder Rippen ausgeschaltet werden.

Der Noppen- oder Rippenabstand in radialer oder axialer Richtung ist gleich oder größer als die Noppen- oder Rippenstärke. Die Noppen, Rippen od. dgl. können axial und/oder radial und/oder schraubenförmig angebracht sein. Der Profilfuß der Rippen oder Noppen kann gleich dem Profilkopf sein oder vorzugsweise etwa um das 1,5- bis 2fache stärker als der Profilkopf. Die Profiltiefe entspricht in den meisten Fällen der Hälfte der Teilung in Umfangsrichtung.

Das Längen- und Durchmesserverhältnis von Rotor und Stator richtet sich nach den durch das Mischgut bedingten Verweilzeiten und ist in erster Linie abhängig vom Durchsatz. Durch Anwendung variabier Antriebsdrehzahlen kann bei einer bestehenden Mischeinrichtung der Durchsatz in Genzen geregelt werden. Die Drehzahlen liegen bei Werten, die größenordnungsmäßig drei Zehnerpotenzen betragen.

Der Mischgutstrom kann über den Stator und/oder Rotor erhitzt oder gekühlt werden. Die Ringspaltbreite wird der Konsistenz bzw. Mischbarkeit des Mischgutes angepaßt. Sie überschreitet jedoch die Noppen- bzw. Rippenhöhe nicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl drucklos, wie auch unter Druck betrieben werden und eignet sich auch zum Einbau in ein geschlossenes Rohrleitungssystem.

Die F i g. 1 stellt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Die F i g. 2 bis 13 zeigen, im Querschnitt dargestellt, Beispiele für die Gestaltung von Rotoren und Statoren.

In F i g. 1 sind mit 1 der Rotor, mit 3 der Stator und mit 2 bzw. 4 die Noppen und Rippen bezeichnet. Der Ringspalt ist durch 5 gekennzeichnet. Die Ziffern 7 und 8 bezeichnen Vorrichtungen für die Kühlung bzw. Heizung. Die den Mischgutstrom bildenden Substanzen werden· in eine Kammer 10 durch Leitung 6 zugeführt. In axialer Richtung sind in Abständen Zuführungen 9 angeordnet, durch welche in der gewünschten Reihenfolge Komponenten zudosiert werden können. ^;

In den Fig.2 bis 13 bezeichnen ■ die :Ziffernl und 3 ebenfalls den Rotor bzw. Stator und die Ziffern 2 und 4 die Noppen oder Rippen. Durch die Gestaltungen der Noppen oder Rippen, wie sie in ihrer Verschiedenartigkeit durch die F i g. 2 bis 13 dargestellt sind, kann Einfluß auf die Förderwirkung genommen werden. So können z. B. in Fällen, bei weichen auf eine zusätzliche Förderung in axialer Richtung verzichtet wird, die Statoren entsprechend F i g. 2 und 3 mit den Rotoren entsprechend F i g. 6 und 7 kombiniert werden. Ist jedoch eine Förderwirkung in axialer Richtung erwünscht und sollen intensive Schub- und Streckwirkungen im Mischgut erzielt werden, so können wahlweise die Statoren entsprechend F i g. 4,5, 11 und 13 mit den Rotoren entsprechend Fig. 8,9, 10 und 12 kombiniert werden. Dadurch wird auch bei schwierigen Mischproblemen vermieden, daß Rückstände zum Verlegen des Rotors oder Stators führen. Weiterhin wird eine Druckentlastung der antriebsseitig angeordneten Wellenabdichtung erreicht. Die Förderleistung in axialer Richtung kann zusätzlich durch die Wahl der Neigungswinkel der Noppen oder Rippen beeinflußt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann grundsätzlich bei allen Mischvorgängen zwischen fließfähigen Substanzen zur Anwendung kommen. Vorzugsweise wird sie jedoch eingesetzt bei schwierigen Fällen, wie beispielsweise bei hochviskosen bis pastösen Massen und Substanzen, deren chemische Struktur empfindlich ist oder die zur Verlegung neigen. Der Zweck des Mischens kann vielfach sein, beispielsweise Homogenisieren, Emulgieren, Dispergieren, Fällen, Durchführen einer chemischen Reaktion, Lösen, Extrahieren oder Begasen von Flüssigkeiten.

Beispiel

Zur Verdeutlichung der ausgezeichneten Homogenisierungswirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden Versuche an drei verschiedenen Mischproblemen durchgeführt.

In allen Fällen wurde eine Vorrichtung, die der F i g. 1 entsprach, verwendet. Der Stator war gemäß F i g. 2, der Rotor gemäß F i g. 9 gestaltet. Die Stator- und Rotorlänge betrug 220 mm, der Rotordurchmesser 80 mm und die Spaltbreite 1 mm (Noppenhöhe 3 mm). Die Drehzahl des Rotors lag bei 3000 U/min.

a) Herstellung von Polyvinylalkohol:

Durch Leitung 6 (F i g. 1) werden stündlich 75001 einer 4O°/oigen Polyvinylazetatlösung in Methanol eingebracht. Über die Leitungen 9 (Fig. 1) werden kontinuierlich 2001 Katalysatorlösung (2 V₂ °/o Natriummethylat in Methanol) zudosiert. Es wird ein Polyvinylalkohol mit konstanter Verseifungszahl erhalten.

b) Herstellung einer stabilen Vinylazetatemulsion:

Über die Leitung 6 wird eine 10°/oige wäßrige Polyvinylalkohollösung laufend zugegeben. Durch die Leitung 9 wird kontinuierlich Vinyl-

azetat eingeführt. Es resultiert eine homogene und äußerst stabile, wäßrige Vinylazetatemulsion.

c) Reinigung von Polymeren durch Extrahieren:
Über Leitung 6 wird dem Mischer warmes Wasser zugeführt und über Leitung 9 ein geschmolzenes Mischpolymerisat aus Vinylazetat (70 °/o) und Vinyllaurat (30 %). Durch die intensive Mischung wird ein von allen wasserlöslichen Verunreinigungen befreites und geschmackfreies Polymerisat erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Dabei nimmt die Geschwindigkeit des Mischgutes Patentansprüche: laufend zu, was einerseits eine starke Beanspruchung des Produktes und andererseits eine fortlaufend ab-

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen nehmende Mischintensität bedeutet. Derartige kegelreaktionsfähiger, fließfähiger, vorzugsweise hoch- 5 mantelförmige Mischer sind kein Vorbild für die viskoser Massen in einem zentrisch-zylindrischen Konstruktion von zentrisch-zylindrischen Rotations-Rotationsmischer, bestehend aus einem Rotor mischern, da mit ersteren Vorrichtungen kein gleichmit an seiner Oberfläche angebrachten Noppen, mäßiger Produktstrom angestrebt wird, sondern ein Rippen od. dgl. und einem Stator, der ebenfalls mit zunehmender Mischdauer schneller werdender mit entsprechenden Noppen, Rippen od. dgl. ver- io Mischgutfluß.

sehen ist, dadurch gekennzeichnet, Weiterhin sind Vorrichtungen zum kontinuierli-

daß die höchsten Erhebungen des Rotors (1) und chen Mischen von Flüssigkeiten in einem zylindri-

des Stators (3) einen gleichförmig zylindrischen sehen Rotationsmischer bekannt. Der im zylindri-

Ringspalt (S) umhüllen, dessen radiale Breite sehen Gehäuse befindliche Rotor hat, z. B. in axialer höchstens der Höhe der Noppen, Rippen od. dgl. 15 Richtung, abwechselnd zylindrische Abschnitte mit

(2, 4) entspricht. wesentlich geringerem Durchmesser als der Gehäuse-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- durchmesser. In diesen Bereichen des Mischers hakennzeichnet, daß die Noppen, Rippen od. dgl. ben sowohl das zylindrische Gehäuse als auch der (2, 4) schraubenförmig angeordnet sind, wobei zylindrische Rotor glatte Oberflächen. In den übrider Steigungswinkel der Schraubenlinie zwischen ao gen Abschnitten hat der Rotor einen Außendurch-15 und 30° liegt. messer, der fast gleich dem Gehäusedurchmesser ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Dadurch wird der Produktstrom ständig mehrfach kennzeichnet, daß in axialer Richtung entlang unterbrochen.

dem zentrisch-zylindrischen Rotationsmischer Außerdem kann in den Zonen geringer Turbulenz,

Zuführungen (9) angeordnet sind. as also dort, wo Gehäuse und Rotor von glatter Ober

flächenbeschaffenheit sind und das Mischvolumen am größten ist, keine intensive Mischung erzielt werden. Bei schwierigen Komponenten ist in diesen Bereichen sogar eine Entmischung durchaus möglich,

30 und diese Kammern können bei reaktionsfähigen Mischungen und solchen, welche zum Anlagern neigen, zur Verlegung des Mischers führen.

Fernerhin ist aus der GB-PS 987 114 ein Extruder mit langsam drehender, konischer Schnecke bekannt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kon- 35 Die Unterschiede zu üblichen Extrudern bestehen tinuierlichen Mischen reaktionsfähiger, fließfähiger, darin, daß einerseits die Schnecke nicht wandgängig vorzugsweise hochviskoser Massen in einem zen- ist, sondern einen Spalt zwischen den höchsten Erhetrisch-zylindrischen Rotationsmischer, bestehend aus bungen der Schnecke und der Wand aufweist und aneinem Rotor mit an seiner Oberfläche angebrachten dererseits auch in der Gehäusewandung schraubenar-Noppen, Rippen od. dgl. und einem Stator, der eben- 40 tige Rillen eingearbeitet sind. Mit dieser Vorrichtung falls mit entsprechenden Noppen, Rippen od. dgl. werden starke Scherkräfte auf die zu mischenden versehen ist. Produkte ausgeübt. Der konische Produktstrom, der

Bei einem bekannten Mischer der vorstehend um- sich im Spalt zwischen Schnecke und Wandung bilrissenen Gattung (US-PS 2 857 144) sind lediglich det, wird fortlaufend durch die Schneckenwindungen am Rotor und nicht am Stator Rippen angebracht. 45 bzw. die nicht durch Rillen vertieften Wandungsteile Dadurch ist nur eine schlechte Mischwirkung erziel- zerstört und in die gegenüberliegenden Rillen gebar. Zudem sind zwischen den Rippen am Rotor drückt. Dadurch wird unter starker Beanspruchung mehrere rippenfreie Zonen vorgesehen (vgl. Fig. 1), des Mischgutes ein guter Mischeffekt erzielt. Eine in denen auf den Mischgutstrom bei seinem axialen Anleitung für die Konstruktion eines schnelldrehen-Durchtritt durch den zwischen Rotoraußenfläche und 50 den zentrisch-zylindrischen Rotationsmischers stellt Statorinnenfläche gebildeten zylindrischen Ringspalt dieser Extruder jedoch nicht dar.
kein Mischeffekt ausgeübt wird, was zu ständigen Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,

Unterbrechungen des Mischprozesses führt und Ab- einen maximalen und gleichmäßigen Mischeffekt lagerungen bedingt. Weiterhin hat dieser Mischer vom Beginn bis zur Beendigung des Mischvorganges eine kegelmantelförmige in eine Düse mündende 55 zu erzielen. Außerdem soll der schädliche Abbau Austrittszone. Dabei wird der durch den zylindri- von Molekülen bei Polymeren und ein Anlagern von sehen Teil des Mischers sich gleichmäßig bewegende Substanzen in toten Räumen verhindert werden.
Produktstrom starken Beschleunigungskräften ausge- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer

setzt, die bei empfindlichen Materialien zu Zerset- Mischvorrichtung der eingangs umrissenen Gattung Zungserscheinungen führen. 60 dadurch gelöst, daß die höchsten Erhebungen des

Aus der US-PS 2 969 960 sind Konstruktionen von Rotors und des Stators einen gleichförmig zylindri-Kegelmischern bekannt, welche durch entsprechende sehen Ringspalt umhüllen, dessen Breite höchstens Anordnung und Gestaltung der Rippen oder Noppen der Höhe der Noppen, Rippen od. dgl. entspricht, auf kegeligen Rotor- und/oder Statorteilen bei hoher Die Vorrichtung bewirkt einen zylindermantelförmi-Umfangsgeschwindigkeit Knet- und Streckwirkungen 65 gen Produktstrom, der an der Innen- und Außenseite im Mischgut erzeugen. Diese Kegelmischer haben laufend deformiert wird, wobei makroskopisch gesedas gemeinsame Merkmal, daß der Produktstrom hen der Kern des Produktenstromes unzerstört längs eines sich verjüngenden Kegelmantels verläuft. bleibt. Mikroskopisch gesehen werden jedoch fort-