DE1557013A1 - Vorrichtung zum Behandeln hochviskoser Stoffe - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG UND DR. VOLKER VOSSIU8 Λ

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"Verriebtujig zum Behandeln hoohviskoeer Stoffe"

Priorität j 3- November 1966 / Niederlande Anmelde-Hr.t 66« 154.82

Die Erfindung bezieht eich auf eine Vorrichtung gum Β·- handeln hoohviitfcöeer Stoffe mit einem zusammenwirkenden Paar im W0.,§e_tntlicheri .-. zylindrischer Walzen, die im wesentlichen parallel zueinander und In geringem Abstand voneinander angeordnet sind, einem Antriebssystem zum Drehen der fcalzen in entgegengeaetstec Richtungen und einem gezahnten Teil, deeaen Zähne getrennt voneinander und ayKDiiitriüch zu den Walzen angeordnet sind und sich

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in der Umdrehungex'iahtung der Malzan bis In die Kühe der durch die Walzenachse*! verlaufenden Ebene erotrecken, Eine Vorrichtung dieser Art iet bereite in der deutschen Patentanmeldung K 25 der N.V. Ondereoekingeinstltuut Research vorgeschlagen wordene

Hochviekoee Stoffe können den denkbar verschiodenaten Behandlungen unterworfen werden» Eine derartige denkbare Behandlung umfaßt das Verdampfen eines gasförmigen Bestandteile aue einem hochviekoeen Healciüonsgemiech, was z=B. nötig iet, um die Kettenlän^e von Bynthetischen durch Polykondenaation erhaltenen Polymeren zu verlungerno Eine andere mögliche Behandlung umfaßt das Homogenisieren eines hochviskoaen btoffea oder dae Vermischen eines derartigen Stoffes mit einer Zumiacfaungo Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet aum iämulgieren eines hochviskosen btoffee in einem sehr niederviekosen Stoff, beispielsweise Wasser oder einem Gas»

Der hochviakose Stoff, ftir dessen Behandlung die erfindungegemäße Vorrichtung geeignet ist» kann sehr verschiedener Art sein* Beispielsweise können echte Newtonache !flüssigkeiten ebenso wie vlsko-elastiache Stoffe und sogar Pasten in ihr he handelt wordene

Bei all den oben erwähnten Verfahren sur Behandlung hoshviskoser FlUaeigkeiten ist es zur Erzielung der wirkungavollaten und schnellsten Behar.dlunti wünsPhenswert, daß pro Zeiteinheit "

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eine größtmögliche neue Oberfläche der Flüssigkeit gebildet -wird· Bei der ale bekannt angegebenen Vorrichtung wird die neue Oberfläehe dadurch gebildet, daß sich dae gesahnte Teil cwieohen die eich drehenden Waisen erstreckt, lie hat eich näelioh herausgestellt; daß, wenn die Zähne si ah weit genug swisc'ien die Waisen erstrecken ohne eie zu berühren· der von den Weisen mitgerissene Vlflsslgkeitsfilm auf ihren Oberflächen ein röllig anderes Profil annimmt. Jeneeits der Punkte zwischen den äußersten Enden von jeweils ewei Zähnen bilden eich nämlich membranartige und hohe FlUsoigkeitsrlppen auf dom Film in Ebenen, die senkrecht su den Walzenacheen verlaufen. Auf diese Weise wird der OberflÄchenbereioh des Flüesigkeitafilns um einen Faktor von 2 bis 4 vergrößert, was unter anderem von den Abstand swischen den Zähnen abhängt»

Ee hat «loh nun herausgestellt, daß die Leistungefähigkoit dieser bekannten Vorrichtung wesentlich erhöht werden kann, indem aan si· gemäß der Torliegenden Erfindung abwandelt.

Die Erfindung liegt darin, daß die Vorrichtung in der oben erwähnten weise mehrere derartige Paare eueaoaenwirkender Waisen aufweist, wobei sine Waise Jedes dieser Paare außerdem alt einer Wals· eines anderen Paares ausammenwirkt« Infolgedessen wird die ca behandelnde Flüsaigkeic in bekränztem Raum Über eine noch größere Oberfläche verteil«, wobei ein besondere? Vorteil darin liegt, daß die flüssigkeit in der erwähnten größeren

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Oberfläche in viel eohnellerer Folge erneuert wird« Au8er"dem hat sich gezeigt, dafl es durch eine Ausbreitung der Behandlung Über sins größere Anzahl von Walssn, die dann natUrlioh einen kleineren Durchmesser haben, mOglioh ist, ein stabileres Strö-■UQgt profil dsr Flüssigkeit su erzielen, was su einer erheblichen Steigerung dsr Reproduzierbarkeit des Betrieb« der Vorrichtung führt. Dies trifft insbesondere dann su, *enn die behandelten Flüsigkeiten' eine verhältnismäßig niedrige Viskosität haben (s.B· iQOOpoise).

i£s ssi hinsugefUgt, da0 die Geeamtansahl der verwendeten Waisen »ehr gut eine ungerade Zahl Min kann, obwohl die Waisen mehrere Paars bilden. Diee beruht auf dsr Tatsache, daß eine einzige Waise zusammen mit swsi anderen Waisen swei Paare bilden kann·

Ea ist natürlich auch denkbar mehrere Waisen paarweise zusammenwirken su lassen und die V/alsen derartig in mehreren Gruppen anzuordnen» daB alle Waisen innerhalb jeder disssr Gruppen zusammen tint Anordnung susaomenwirkender Waisenpaars bilden. Dies würde praktisoh bedeuten, daft man mehrere der bekannten Vorrichtungen parallel zueinander schaltet. OemäO der Erfindung ist jedoch die erzielte Verbesserung am größten, wenn alls zusammenwirkenden Kalsenpaare zusammen Teil einer einsigen Anordnung suoammsnwirkender fcalsenpaare sind« Denn auf dless

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»else wird die günstigste Mischung und Homogenisierung der Flüeeißkeit in einer quer zu den Walzenacheen verlaufenden Richtung erzielt, eo daß Unterschiede in der Zusammensetzung des Produkts vermieden werdeno

Eb 1st bei dieser neuen Vorrichtung natürlich auch denk« bar» jeden der gezahnten Teile unabhängig an der Vorrichtung zu befestigen oder sie derartig mit der Vorrichtung zu koppeln, daß sie unabhängig voneinander beweglich sind» Allerdings wird gemäß der Erfindung eine vorteilhafte Konstruktion erhalten, wenn man alle gezahnten Teile miteinander koppelt, und wenn sie als Ganzes in Längsrichtung der Walzen beweglich sind ο V; ie welter unten aus der genaueren Beschreibung der Vorrichtung hervorgeht, hat «ich herausgestellt, daß dies immer mit Hilfe eines einfachen Bewegungseystems bewirkt werden kann ο

Im Prinzip kann die Anordnung all der Walzen praktisch unbegrenzt variiert werden. Es ist jedoch klar, daß aus Konstruktionsgründen nur eine begrenzte Anzahl all dieser Möglichkeiten in Präge kommt» Eins dieser bevorzugten Ausführungabeispiele besteht darin, daß alle Walzen in einem Kreis angeordnet sindο Sann bilden jeweils zwei einander benachbarte Walzen in diesem Kreis ein zusammenwirkendes Yialzenpaarο Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß alle Walzen in senkrechter Anordnung vorgesehen sind« Es ist klar? daß irgendeine Bevorzugung einer

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dieser Vorrichtungetypen im wesentlichen von der Verwendung abhängt» der die Vorrichtung zugeführt werden soll, und von den Möglichkeiten, die Vorrichtung in bereits bestehende Anlagen einzubauen.

Sehr Torteilhafte Ergebnisse der Entgasung wurden besonders mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt, in der eine Walze innerhalb eines Kreises kleinerer Waisen angebracht ist» die alle in entgegengesetzter Richtung zu der Uiadrehungsrichtung der mittleren Walze gedreht werden. Jede der kleinen Walzen bildet mit der großen zentralen Walze ein Walzenpaar» und keine der kleinen Walzen bildet ein zusammenwirkendes Walzenpaar mit einer benachbarten kleinen \7alze.

Die Erfindung wird im Folgenden anband von Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert· Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeiepiel im Querschnitt längs der Linie I - I der Fig. 2; Fig. 2 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel im Längs» schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines anderen Aus« führungsbeispiels;

Fig. 4 zeigt noch ein,anderes Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Srfindung.

Bei den Fig. 1 und 2, die ein und dieselbe Vorrichtung im

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bzw« im Lüngeechnitt geigen, gelten gleiche Be^

g®H§seiehea für #i@ gleichen Teil®. Bei dem in diesen Figuren

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©ngeschlössen, werden kann» 2ur Erleich»

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terung de· Zusatnaenbaue let dae Gehäuse 1 in ewei Teilen au·- gebildet, die ait Hilfe von ?laneeheη 5 und 6 (eiehe fig· 1) ■iteinander verbunden sindο

Steh· Waisen 7 bis 12 sind innerhalb de· (Je haue β β in einea Jtreie angebracht. All die·· Waisen werden von außerhalb de· Gehkueee angetrieben» wobei dl« Uadrehungsriohtungen Ib Fig· 1 angedeutet sind« Ke iet natürlich auoh auglioh, die in den Seiohnungen geseigte Vorrichtung derartig abzuwandeln, da· nur eine der Waisen von außerhalb de· Genaueββ angetrieben wird und daß dleae angetriebene walse alle anderen Waisen innerhalb de· Genau··· 1 über «in Getriebe antreibt. In der Nähe der Mittellini· dee Gehäueee hängt ein Längeträg«r 1$ in angelenkter verbindung an ewei Schwenkarmen 13 die ua Scharniere 14 sehwenken kennen. An dl···« längsträger 15 elnd kaaaföraige Teile 16 bie 20 befestigt, deren Zahn· eioh jeweils swisehen die Walsenpnare 8 - 9i 7 - 8| 7 - 12| 12 - 111 11-10 eretr«ok«n. Die·· Zahn· reiohen ble in unmittelbare Mähe der eioh duroh die ent-•preohenden Walsenaehsen erstreckenden Ebenen. Kin Antriebsam 21 steht alt seines gegabelten Ende ait dea längeträger 15 in Eingriff und kann, da er selbet von einen Ära 22 angetrieben wird» diesen Träger 15 in Lüngerlehtung dee Gehäuees hin- und herbewegen. Der Ära 22 eretreckt sich gelenkig durch den Deckel 24 einee an der Obereeite dee Gehäueee 1 vorgeetΊβηβη Aufsatsee.

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Die Durchganßsstelle des Arms 22 ist vakuumdicht» was mit Hilfe einer Balgkonstruktion 23 bewirkt wird, die der Bewegung dee Arnes 22 folgen kann. FIg₉ 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung»während sie sich im Betrieb befindet und die hochviskose Flüssigkeit enthalte An den schwarz gezeichneten Stellen befindet sich eine zusammenhängende Flüasigkeitemaese_o wegen der Anwesenheit der gezahnten, kammförmigen Teile 16 bis 20 werden die zwischen den sich drehenden walzen mitgenommenen FlUselgkeltsfilme zu einem System von Flüssigkeitsrippen 25 verformt, die sich um die walzenoberflachen 7 bis 12 erstrecken« Piese FlUseigkeitsrippen bilden zusammen eine aehr große freie Oberfläche, die sehr häufig erneuert wird. Infolgedessen kommen neue FlUssi^keitstelle ständig an die verdampfende Oberfläche,so daß der Glykol sehr rasch aus dem Polymer verdampft»

Figo 2 zeigt nur einen der Wellendurchgänge, nämlich den der false 7. Bezügszeiöhen 26 betrifft den echematisch angedeuteten flüsslgkeits- und vakuumdichten Durchgang der Walze 7 durch das vordere Ende des Gehäuses, während Bezugszeichen 27 die sehr schematisch angedeuteten Lager für diese Walze bezeichnet Jtf.ee*·. Verfahren,die Durohgangsstelle abzudichten und die Wellen abzustutzen ist an sich aus der Vakuumtechnik bekannt, so äau die verwendete Konstruktion nicht im einzelnen erläutert wird« Um zu verhindern, daß die Temperatur innerhalb des Gehäuses angesichts der Verformungsarbelt, der die Flüssigkeit unter-

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worfen let, ungebührlich ansteigt, sind die Walzen 7 bie 12 mit einer Kühleinrichtung versehe«.-! Zu diesem Zweok verläuft innerhalb jeder Walze sin Rohr 28 zur Zufuhr einer KühlflUseiglceit. Dieses Kohr hat am Ende der Walze ein freies Ende, so daß die bis zu diesem Ende durch das Rohr 28 geführte Kühlflüssigkeit längs der Y/alzeninnenfläche zurückgeführt und durch die den Einlaß des Rohrs 28 umgebende ringförmige Öffnung abgeführt werden kann« Ea 1st klar, daß es auch möglich ist, die Walzen mit Hilfe anderer Konstruktionen zu kühlen, die an sich aus der Literatur bekannt sind.

Am Boden des Gehäuses ist eine Anzahl von Trennwänden 30, 31 und 32 angebracht, die mit nicht gezeigten überlaufkanten ▼ersehen sind und dazu dienen zu verhindern, daß Teile de).· Flüssigkeit vom vorderen Ende, an dem der Einlaß sich befindet, zum anderen Ende, wo die Abgabeöffnung angeordnet ist, direkt Über den Boden fließen-

Während des Betriebes wird die Anordnung der kammförmigen Teile 16 bis 20 hin- und herbewegt, um ständig die Lage der zum zufriedenstellenden Mischen und Entgasen der Flüssigkeil: beitragenden Rippen auf den Walzen zu ändern^

Um die Flüssigkeit so weit wie möglich anzuheben» ist die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 7 und 12 etwa 5 ?■' geringer

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•le die der Anderen Waisen. Infolgedessen ist die am Boden de· Gehäuee· verbleibende FlUeeigkeitsaenge auf ein MindeetaaJ eingeschränkt. '

Pig· 5 seigt «la© ®tfjse ander® Konstruktion der erfindungst;emäBen Vorrichtung« In diesen Fell let dae Gehäuee 1 trogfuralg Ausgebildet und alt einen Beck«! 33 vakuumdicht Abgeae&loueen· An eines Bnde dee Troge· let dar Ir-ekel mit einem äinlaB 2 versehen und an anderen Ende alt einer Abgabe die «ledorum mit einer nicht ^eseigten Schnecke aue iet.

Tier tfel&eh eins in der in den Figuren gezeigten Weise eine Über der Anderen angeordnet und werden in den durch die Pfeile angezeigten Biehtungen angetrieben« Eine Anordnung kammftirmiger Teile 39 bis 42 ist an einen Träger 43 In ähnlicher Wet·· nie bei« Au«fUhrun£Sbeleplel nach Fig. 1 angeechlosaen. Dieser Träger 43 kann aittele eines antreibenden Armee 44 in einer Richtung quer sur übene der Zeichnung hin- und herbewegt werden= Dleeer Arm erstreokt eich durch Deckel 45 durch die Wand des Oehäuuea 1 * wobei eine vakuumdichte Durchßangaetelle wiederum mit Hilfe elnea Balges erelelt wird=

Au· der Figur geht deutlich hervor, wie die Bippen um die Walsenoberflachen herum gebildet werden. Auch In diesem Fall let die Umfangsgeschwindigkeit der Bodenwaise 34 etwa

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5 £ niedriger als die der anderen falzen» Infolgedessen wird die Flüssigkeit wiederum vom Boden angehoben· Da die anderen Waisen mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden» earn-Belt eich die flüssigkeit auf diesen Waisen in etwa gleichen Mengen. Die Konstruktion der Lager und der vakuuadichten Abdichtung ebenso wie der Kühleinrichtung der Waisen entspricht dtr in der Vorrichtung gemäli den Fig. 1 und 2 verwendeten.

Der Boden des Gehäuseβ ist alt einer Schwelle 47 versehen, die es der Waise 34 erleichtert, einen FlUsslgkeltsfllB tob Boden des Gehäuses 1 abzureißen. Dadurch wird verhindert» daß der Boden über einer; großen Oberflächenbereich durch eine stationäre FlUesigkeitsnenge befeuchtet wird, denn dlee könnte su einer Qualitätsminderung des behandelten Polymere führen.

Fig. 4 schließlich zeigt eine andere abgewandelte AusfUhrungsforo der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dies Ausführungsbeispiel entspricht in groben Zügen dem in Figo 1 geselgten« Die Konstruktion der Teile 1 bis 6, 13 und \4 und 21 bis 24 ist praktisch dieselbe wie die der entsprechenden Teile bei der in den Fig, 1 und 2 gezeigten Vorrichtung, so daU diese Teile nicht näher erläutert werden«

Eine einzige v/alze 46 reit großes Durchmesser ist In der

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Mitte in einem Gehäuee 1 angeordnet und von zehn kleineren Wallen 49 bis 58 umgeben» Jede dieser kleineren Waisen bildet zusammen mit der großen Welse 48 ei», zusammenwirkendes Waisenpaar« Ia diesem Fall bildet keine der kleineren Waisen ein zusammenwirkendes Walzenpaar mit irgendeiner anderen kleinen Wal-' ze« Alle kleinen Walzen rotieren daher in der gleichen Richtung, d.h. entgegengesetzt zur Uadrehungsriohtung der Walze 48η Alle Walzen werden in einer Weise, die der ioi Zusammenhang mit Figo 2 beschriebenen entspricht, gekühlt und angetriebene

Ton den Schwenkarmen 13 hängt in angelenkter Verbindung ein Ring herab, der durch den schwenkenden Arm 21 in axialer Richtung hin- und herbewegt werden kann» Seinerseits trägt dieser Hing eine große Anzahl kamaförmiger Teile, von denen jedes sieh zwischen ein zusammenwirkendes Walzenpaar bis in die Hähe der übene durch die Achsen der zusammenwirkenden Walzen erstreckt. Diese kammfOralgen Teile sind mit den Besugszelohen 59 bie 68 bezeichnet. Sine Schwelle 47 wirkt in einer Weise Bit der Walze 49 cue antuen, die derjenigen entspricht, in der die Schwelle 47 mit der Walze 34 nach Pig« 3 zusammenwirkt. Auch im vorliegenden Fall wird die Bodenwalze 49 mit einer Umfangsgeechwindigkeit angetrieben, die etwa 5 £ niedriger liegt als die der anderen Walzen, und infolgedessen bleibt fast gar keine Flüssigkeit am Boden des Gehäusesa

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Die im Zusammenhang alt den Figuren beschriebenen Vorriohtungen sollten derartig besessen und angetrieben sein, daß dlt Flüssigkeitsrippen eloh bis in unoittelbare Mähe der Wand bit· der »and· des Gehäuse* erstrecken können, ohne jedoch diese Hand bzw. Wände eu berühren, denn «renn sie die Wand baw„ dit Wände berührten, würde die Torrichtung In unerwünschtem MaS verschwitzt, was einen ungünstigen Einfluß insbesondere auf die Qualität des erzeugten Produkts hätte.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungebeispiele deuten an, daß im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen denkbar sind, die selbstverständlich nicht alle in den Figuren dargestellt sind. Beispielsweise ist es denkbar die Anzahl der Waisen jeweils an das durchzuführende Verdampfungsverfahren anzupassen, und natürlich gibt es andere denkbare Konstruktionen für die Aufhängung der kaaaföralgen Teile«

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Claims (1)

1« Torris&tuag sun Benaa#@la boehvlfiJcoeer Stoffe mit einen suMMMBBirkenetn !»aar in »©sentliehen zylindrischer Waisen, Sie iui «eeentllehen parallel zueinander und in geringem Abstand voneinander angeordnet eint!, einem Antriebssystem zur Umdrehung der halse« in entgegengesetzten Richtungen,, und einem gezahnten Teil, deeasm lita® getrennt voneinander und symmetrisch zu den t'alsen angeorS^®^ QlM imi sieh 2,a ÜE<2rehungarichtung der Walke bie in unmittelbar® Eäfey 4qv imseh die Valsenacheen varlaufenden Eb®ae erstrecken, öaems'öli j^Naas s i efeäs t , da0 die Vorrichtung in der oben ®τ®ΜΜμ%®& lioiee melärera öerartig· Paar« susasanenwirkender Felsen aufweist, wobei je eine Wal se jedes dieser Paare auch mit einer Waise eines anderen ?aaree sueanaenwirkt·

2· Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η ~ !•lohnet, dafl alle sueamnenwirkenden Waisenpaare eeneinaaa «inen Teil einer einsigen Anordnung susammenwirkender «ftlscnpaare bildenc

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3 ο Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle gezahnten Teil« miteinander gekoppelt sind und als Ganzes in Längsrichtung der Waisen beweglich iind.

4· Vorrichtung i-aoh Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß alle Walzen in einen Kreis angeordnet sind·

5· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 31 dadurch β · -kennzeichnet , daß alle Walzen in einer senkrechten Anordnung angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch g e -kennze lehne t, daß eine Walze Innerhalb eines Kreises kleinerer faalzen angeordnet ist, die alle in einer Richtung entgegen der Umdrehungsrichtung der mittleren Walze gedreht werdenc

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennieichnet, da* Bindeetena eine ffalze eich mittelbar über der tiefsten Stelle dee die Walzen umschließenden Gehäueee befindet.

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