DE1542496B2 - Vorrichtung zum mischen und/oder loesen von zwei oder mehreren komponenten - Google Patents
Vorrichtung zum mischen und/oder loesen von zwei oder mehreren komponentenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und/oder Lösen von zwei oder mehreren Komponenten,
wovon wenigstens eine viskos ist, welche Vorrichtung u.a. aus einem Gefäß mit im wesentlichen
zylindrischer Wand besteht, welches mit einem koaxial angeordneten Führungsrohr, das an bei den Enden mit
dem Gefäß in freier Verbindung steht, sowie mit rotierenden Wellen ausgestattet ist, welche mit einem
oder mehreren Rührorganen und einem aus einer oder mehreren Bandschnecken gebildeten Transportmitteln
versehen sind.
Vorrichtungen mit den obenerwähnten Merkmalen sind bekannt. Bei einer aus der DDR-Patentschrift Nr. 8794
bekannten Vorrichtung erfolgt die Förderung der Flüssigkeit im Gefäß mit Hilfe einer Schraube, welche
sich im Innern des Führungsrohrs befindet. Zur Durchmischung stark viskoser Medien in einem Gefäß,
z. B. einem Reaktorgefäß, wo die Verweilzeit der zu mischenden Komponenten sehr kurz sein muß, ist die
Förderleistung einer solchen Schraube unzureichend. Gleiches ist der Fall beim Einbau einer Förderschnecke
in dieses Rohr, wie dies in der ausgelegten niederländischen Patantanmeldung 2 64 617 beschrieben ist.
Aus der FR-PS 13 38 172 ist eine Mischvorrichtung bekannt, bei der das Mischgut innerhalb eines Rohres mittels einer Schnecke nach oben transportiert wird, wobei dieses Rohr gleichzeitig an seiner Außenwand eine Bandschnecke aufweist, die das Material ebenfalls nach oben transportiert. Bei wenig viskosen Flüssigkeiten wird sich dabei eine von unten nach oben gerichtete Mittelströmung ausrichten, die nach außen zu in eine längs der Gefäßwände nach unten gerichtete Strömung übergeht. Will man mit dieser bekannten Mischvorrichtung jedoch höher viskose Stoffe mischen, dann versagt diese Einrichtung, weil sich um die mit dem Rohr rotierende äußere Bandschnecke lediglich kleine Wirbel bilden, während die Flüssigkeit in den äußeren Teilen des Gefäßes nicht mehr ausreichend durchmischt wird. Der Anwendungsbereich dieser bekannten Vorrichtung liegt also bei niedrig viskosen Flüssigkeiten.
Aus der FR-PS 13 38 172 ist eine Mischvorrichtung bekannt, bei der das Mischgut innerhalb eines Rohres mittels einer Schnecke nach oben transportiert wird, wobei dieses Rohr gleichzeitig an seiner Außenwand eine Bandschnecke aufweist, die das Material ebenfalls nach oben transportiert. Bei wenig viskosen Flüssigkeiten wird sich dabei eine von unten nach oben gerichtete Mittelströmung ausrichten, die nach außen zu in eine längs der Gefäßwände nach unten gerichtete Strömung übergeht. Will man mit dieser bekannten Mischvorrichtung jedoch höher viskose Stoffe mischen, dann versagt diese Einrichtung, weil sich um die mit dem Rohr rotierende äußere Bandschnecke lediglich kleine Wirbel bilden, während die Flüssigkeit in den äußeren Teilen des Gefäßes nicht mehr ausreichend durchmischt wird. Der Anwendungsbereich dieser bekannten Vorrichtung liegt also bei niedrig viskosen Flüssigkeiten.
Will man nun höher viskose Flüssigkeiten intensiv mischen, um beispielsweise die Reaktion zwischen zwei
Komponenten zu beschleunigen, dann bietet die vorliegende Erfindung eine Lösung, da hier die
Flüssigkeiten nicht nur gemischt werden, sondern durch die in einem Raum zwischen einem zylindrischen
Innenrohr und der zylindrischen Außenwand des Behälters angeordnete(n) frei drehbare(n) Bandschnekke(n)
eine zwangsweise Förderung der viskosen Flüssigkeit erzwungen wird. Auf diese Weise wird
sichergestellt, daß sämtliche Teile der Flüssigkeit immer wieder einen intensiven Mischvorgang unterworfen
werden, da die Ausbildung toter Zonen mit Sicherheit vermieden wird.
Es ist möglich, unter Verwendung mehrerer in gewisser Distanz von einander befestigter Propeller das
Zuflußorgan jeder zu mischenden Komponente, gesehen in der Strömungsrichtung, vor dem Rührelement
anzuordnen. Mehrere völlig von einander getrennte Komponenten können auf diese Weise von einem
Rührer mit dem umlaufenden Medium vermischt werden. In Polymerisationsprozessen, wie z. B. der
Herstellung von sogenannten EPT-Kautschuken, Terpolymeren u.dgl. können dadurch Komponenten,
welche nicht gleichzeitig eingemischt werden dürfen, gesondert und gleich hinter einander dem Hauptstrom
beigegeben werden. Es gibt Komponenten, welche in vielen Fällen nicht vorgemischt werden können wegen
einer ungewünschten Niederschlagsbildung und/oder eines ungewünschten Aktivitätsrückgangs infolge der
manchmal äußerst schnellen Reaktionen zwischen den einzelnen Komponenten.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt eines Reaktionsgefäßes mit Mischorgan und Fig.2 einen Querschnitt desselben
Gefäßes etwa zur Hälfte gemäß der Linie H-II.
Ein Mischgefäß, gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Reaktionsgefäß, besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel, der sich aus zwei abnehmbaren, z. B. mittels Flanschen 2' und 2" verbundenen Hälften Γ und 1" zusammensetzt. Im Gefäß ist koaxial eine sich
Ein Mischgefäß, gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Reaktionsgefäß, besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel, der sich aus zwei abnehmbaren, z. B. mittels Flanschen 2' und 2" verbundenen Hälften Γ und 1" zusammensetzt. Im Gefäß ist koaxial eine sich
nicht bis an die Endflächen des Gefäßes erstreckende Trennwand 3 vorgesehen, welche ein Führungsrohr 4
bildet. Die Wand dieses Rohres ist an der einen Seite fest mit dem Mantel Γ verbunden und zeigt dort eine
ausreichende Zahl von Eintrittsöffnungen 5, damit ein Flüssigkeitsstrom ohne großen Widerstand hindurchgelassen
werden kann. Innerhalb dieses Führungsrohrs 4 befinden sich Rührer 6 6' usw. z. B. Propellerrührer mit 2
Schaufeln. Das Führungsrohr bildet im Grunde also eine Mischkammer. Die Propeller sind fest mit einer [0
drehbaren Welle 7 verbunden, welche in einer Packungsbüchse 8 bis außerhalb des Gefäßes geführt ist,
wo sich der Antrieb dieser Welle befindet. Jeder Propellerrührer zeigt über einen kleinen Abschnitt des
Mischrohrs eine sehr feine Durchmischung, und zwar unter Voraussetzung einer solchen Wahl von Drehzahl
und Propeller, daß das Produkt aus Drehzahl je see und dem Quadrat des Durchmesser in m minimal 0,3 m2
sec~' beträgt. Die zu mischenden Komponenten können jetzt einzeln in den Reaktor eingebracht werden, und
zwar so, daß jede Komponente gesondert, gesehen in der Strömungsrichtung, vor einem Propeller in den
Hauptstrom eingemischt wird. Die bereits genannte Polymerisation läßt sich in diesem Gefäß sehr gut
durchführen, indem man über ein Zuflußrohr eine Katalysatorkomponente beigibt und über ein anderes
Zuflußrohr eine zweite Komponente, sowie Ausgangsstoffe, Verteilungsmittel u. dgL in geeigneter Weise über
diese beiden Ströme verteilt oder aber einzeln zuführt. Zu diesem Zweck sind die Zuflußrohre 9, 9' usw.
vorgesehen, welche jedesmal eine Komponente an den Propeller 6, 6' usw. heranbringen können. Zu- und
Abfluß des Hauptstroms kann erfolgen über die Anschlüsse 10 und 10'. Zwischen der Wand des
Gefäßabschnitts Γ und der Wand des Mischrohrs 4 sind jetzt Bandschnecken 11 und 11' angebracht; diese sind
befestigt an einer Gabel 12, welche diese Schnecken mit Hilfe einer drehenden Welle 13, an deren Ende die
Gabel 12 befestigt ist, um die Achse des Gefäßes in Rotation versetzen kann. Diese Welle 13 läuft wiederum
in einer Packungsbüchse 14 bis außerhalb des Gefäßes, wo sich der Antrieb befinden kann. Bei Anwendung von
zwei Bandschnecken ist eine solche Schnecke vorzugsweise derart bemessen, daß bei einem üblichen
Schneckengang von maximal 0,75 χ Gefäßdurchmesser die Bandbreite das 0,2fache des Gefäßdurchmessers
beträgt. Das Produkt aus Drehzahl χ Umwälzzeit soll höchstens 20 betragen, beides gerechnet über dieselbe
Zeiteinheit. Hieraus ergibt sich, daß unter Berücksichtigung obiger Bedingungen die wirkliche Größe des
Gefäßes zur Verwirklichung der oben angeführten Vorteile keinerlei Beschränkung unterliegt. Die Bandschnecken
bewirken jetzt durch ihre Pumpenwirkung einen schnellen Umlauf der Flüssigkeit durch die
Mischkammer, wie durch Pfeile in der Zeichnung angegeben ist. Durch diese Kombination von Propellerrührer
und Bandschnecke kann die Mischzeit von z. B. 35 see auf 5 see herabgesetzt werden.
Der Nutzeffekt einer Kombination von Transport- und Rührmitteln ergibt sich aus nachfolgendem Beispiel;
Umwälzzeit und Mischzeit sind dabei folgendermaßen definiert:
Umwälzzeit (rc) =
Effektivinhalt eines Gefäßes in Litern
effektive Pumpenleistung Bandschnecke in Litern/sec
Mischzeit (rm) = Zeit, welche dazu erforderlich ist, die Konzentration eines zugeführten Stoffes in der Weise
auszugleichen, daß an jeder Stelle die Konzentration weniger als 5% vom berechneten Endwert
abweicht.
In einem mit einer doppelten Bandschnecke und einem Führungsrohr mit Propeller ausgestatteten
20-Liter-Gefäß wird in der Nähe des Propellers einer Lösung von Carboxymethylzellulose in Wasser (Viskosität
= 100 Poise) eine Lösung von Methylenblau in Wasser beigemischt Die unter verschiedenen Betriebsbedingungen
verwirklichten Umwälz- und Mischzeiten sind wie folgt:
a) nur eine Bandschnecke im Betrieb; Drehzahl 60 U/sec
rc = 6 see
τ., = 40 see
55
b) im Betrieb außer Bandschnecke auch ein Propeller mit verschiedenen Weiten für das Produkt
Drehzahl χ (Durchmesser)2; dabei ist
60
np =
Dp =
Dp =
ηρΐή,
npDp
Anzahl Umdrehungen je see
Durchmesser in m:
Durchmesser in m:
0,05 m2 je sec, rm = 35 see
0,2 m2 je sec, Tn, = 20 see
0,2 m2 je sec, Tn, = 20 see
«pD2, = 0,4 m2 je sec, Tn, = 7 see
UpD], = 1 m2 je see, rm = 5 see
UpD], = 1 m2 je see, rm = 5 see
Der Propeller hat kaum irgendwelchen Einfluß auf die Umwälzzeit xa welche im letzteren Falle 5 see beträgt.
Selbstverständlich braucht sich die Anwendung nicht auf offene Gefäße und Mischvorgänge zu beschränken,
es sind vor allem auch geschlossene Reaktorgefäße und/oder Lösungsprozesse von Komponenten in einem
umlaufenden Medium denkbar. In einem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen Reaktorgefäß
für Polymerisationsprozesse beträgt bei einer Umwälzzeit des Mediums im Gefäß von maximal 10 see
vorzugsweise das Produkt np ■ Dp 2 eines Rührers (der
Rührer) minimal 0,2 m2 je see.
Die Wand des Führungsrohres kann ferner auf bekannte Weise als Doppelwand ausgebildet werden,
zwischen der ein Wärmeaustauschmittel umlaufen kann. Die Propeller müssen nicht von einer einzigen Welle
angetrieben werden. Es sind mehrere Propeller mit gesondertem Antrieb denkbar. Ferner können die
Wellen der Rotationsmittel auch von einem innerhalb des Gefäßes befindlichen Organ angetrieben werden, so
daß man diese Wellen nicht durch die Gefäßwand zu führen braucht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Mischen und/oder Lösen von zwei oder mehreren Komponenten, wovon wenigstens
eine viskos ist, welche Vorrichtung u. a. aus einem Gefäß mit im wesentlichen zylindrischer
Wand besteht, welches mit einem koaxial angeordneten Führungsrohr, das an beiden Enden mit dem
Gefäß in freier Verbindung steht, sowie mit rotierenden Wellen ausgestattet ist, welche mit
einem oder mehreren Rührorganen und einem aus einer oder mehreren Bandschnecken gebildeten
Transportmittel versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandschnecke(n) (11)
frei drehbar zwischen der Gefäßinnenwand (Γ) und Außenwand des feststehenden Führungsrohrs (3)
angeordnet ist (sind).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Anwendung von zwei Bandschnecken, deren Ganghöhe maximal
0,75 χ Gefäßdurchmesser beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelbreite einer Bandschnecke
das 0,2fache des Gefäßdurchmessers beträgt
3. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Produkt aus der Drehzahl der Bandschnecke und der Umwälzzeit des Effektivinhalts des Gefäßes, bezogen
auf gleiche Zeiteinheit, maximal 20 beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündung der Zuflußrohre
(9, 9') für jede der zuzumischenden Komponenten, gesehen in der Strömungsrichtung, vor
einem Rührer befindet.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührorgane
Propellerrührer sind.
6. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Produkt aus Drehzahl (pro Sekunde) und dem Quadrat des Durchmessers (in Meter) dieses
Rührers minimal 0,05 m2 see-1 beträgt.
7. Verfahren zum Betreiben eines Reaktionsgefäßes nach Anspruch 5 zur Durchführung von
Polymerisationen, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Drehzahl (pro Sekunde) und dem
Quadrat des Durchmessers (in Meter) eines Rührers minimal 0,2 m2-see-' und die Umwälzzeit des
Effektivinhalts des Gefäßes maximal 10 Sekunden beträgt.
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