DE1642906A1 - Vorrichtung zur Behandlung hochviskoser Substanzen sowie Anwendung dieser Vorrichtung - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG UND DR. VOLKER VOSSIUS -1 £ / ? Q Π C

PATENTANWÄLTE MÖNCHEN 23 - S t EGESSTRASSE2β - TELEFON 3450B7 · TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MONCHEN

AKü 10?8+a (Dr. Sp./Rü.) München, den ? ffj?

Anm.-Hr. 66 06080

ÄLGSKEHE KUUSTZIJDl DITIB iT.V., Arnheßt / Hiederlande

"Vorrichtung zur Behandlung hochviskoser Substanzen sowie Anwendung dieser Vorrichtung"

Priorität: 5. Mai 1966 / Niederlande Anmelde-Hr.: 66 06080

Gemäss dem nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlag nach der deutschen Patentanmeldung N 25 883 wurde eine Vorrich- f tung zur Behandlung hochviskoaer Substanzen vorgeschlagen, welche zwei im wesentlichen parallele und zylindrische Walzen umfasst, die in bestimmtem Abstand voneinander angeordnet 3ind, ferner Bauelemente zur Drehung der Walzen in gegenläufiger Richtung, Bauelemente zum Vorschub sowie zur Abgabe der hochviskosen Substanz und einen Kamm, welcher im wesentlichen symmetrisch gegenüber den Walzen angeordnet ist, so dass dessen Zähne in den Spalt zwischen den Walzen in deren !Drehrichtung ragen.

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Vorrichtungen der erwähnten Art können beispielsweise zum Entgasen von gasförmigen Komponenten eines hoehviskosen Reaktionsgemisches verwendet werden, wie dies beispielsweise bei der Steigerung der Kettenlänge von synthetischen Polymeren erforderlich ist, die durch Polykondensation erhalten wurden. Bie Vorrichtung kann auch zur Homogenisierung einer hoehviskosen Substanz oder zur Mischung derselben mit einem Zusatz verwendet werden. Die erwähnte Vorrichtung ist besonders geeignet zur Emulgierung einer Substanz niedriger Viskosität, beispielsweise Wasser oder Gas, in einer Substanz von hoher Viskosität.

Bei einer Vorrichtung gemäss dem obigen Vorschlag erwies es sich, daes bein genügend tiefen Einragen der"Zähne in den Spalt zwischen den Walzen ohne Berührung derselben an dem längs der Oberfläche der Walzen gehaltenen Flüssigkeitsfilm hohe membranartige Flüsslgkeitsrlppen in Ebenen senkrecht su den Waisenachsen gebildet werden. Dadurch erhält die flüssige !fasse das Aussehen zweier gerippter Zylinder. Auf diese Weise wird der Oberflächenbereich des Plüsaigfceitsfilmes um einen Faktor 2-4 in Abhängigkeit unter anderem von dem Abstand zwischen den Zähnen vergrössert.

Die obige Vorrichtung zeigt indessen in der Praxis einige Machteile. Sin Fachteil liegt darin» dass die Dimensionen der Rippen nicht -verändert werden können. Daher ist die Höhe der Rippen dem Wesen nach unabhängig von der Drehzahl der

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Walzen und der Viskosität der Flüssigkeit. Ee erwies sich, dass unter bestimmten Bedingungen sowie bei bestimmten Anwendungsfällen die Höhe der Rippen unerwünscht groes ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Rippen so hoch werden, dass aie die Wandung des umgebenden Kessels berühren. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Möglichkeit zur willkürlichen Justierung der Höhe der Rippen.

Ein weiterer Kachteil der Vorrichtung gemäss dem obigen Vorschlag liegt darin, dass, obgleich bei einer genau symmetrischen Konstruktion der Vorrichtung die Flüssigkeitsmasse vermischt wird, diese Mischung in zwei scharf voneinander getrennten Zonen stattfindet. Diese Zonen fallen annähernd mit den Teilen der Vorrichtung an jeder Seite der Symmetrie« ebene zwischen den beiden Walzen zusammen. Wenn insbesondere an dem Beginn der Behandlung die Fltissigkeitsmassen in diesen beiden Zonen ungleiche Zusammensetzung aufweisen, besteht diese Differenz in der Zusammensetzung der flüssigen ' Masse bei deren Durchlaufen durch die gesamte Vorrichtung während einer verhältnismässig langen Zeit fort.

Brfindungsgeraäes wurde die Möglichkeit erkannt, eine bessere Vermischung der flüssigen Masse in den vorangehend erwähnten beiden Zonen der Vorrichtung zu schaffen. Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, dass nahe der Stelle, wo die Weizen divergieren, parallel zu den Walzenachsen sowie frei von den

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Walzenoberflächen zumindest ein stabartiges Element vorgesehen ist. Wenn dieses stabartige Element an einer Stelle angeordnet ist, welche nicht von den PlUssigkeitsrippen erreicht wird, hat dies keinen Einfluss auf das Strömungsblld. Wenn jedoch das Element von dieser Stelle in Richtung der Ebene durch die Rollerachsen ausgelenkt wird, 80 gelangt es in einem bestimmten Augenblick in Berührung mit den Rippen. Es erwies sich, dass eine weitere Auslenkung des stabartigen Elementes in Richtung der Ebene durch die Waleenaoheen eine Reduzierung der Höhe der Flussigkeiterippen bewirkt, was einen Rückwärtsdruck ergibt.

Wenn das stabförmige Element in der Symmetrieebene der beiden Walzen angeordnet ist, weisen die Rippen, obgleich in ihren Abmessungen vermindert, gleiche Dimensionen auf. Wenn das stabartige Element neben dieser Symmetrieebene angeordnet 1st, werden die Rippen an der einen Walze höher als an der anderen. Dies bewirkt eine intensive Strömung der flüssigen Masse von einer Walze zur anderen, was eine besondere wirksame Homogenisierung der gesamten Plüssigkeitsmenge bewirkt.

Obgleich.es möglich ist, eine Anordnung zu verwenden. In welcher über die gesamte Länge der Walze eine Mehrzahl, von Stangen in Hlntereinanderanordnung vorgesehen ist, wobei die Stangen darüber hinaus in Querrichtung gegeneinander auslenkbar sind, erwies es sich in den meisten Pillen als praktisch ausreichend, lediglich ein stabartiges Element zu verwenden.

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Venn jedoch die Höhe der Rippen In verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung verändert werden soll oder wenn unterschiedliche Homogenleatlonsgrade der flüssigen Nasse in verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung erzielt werden sollen, können verschiedene Stäbe verwendet werden, und zwar einer in jedem Abschnitt, welche in unterschiedlichen Stellungen gegeneinander angeordnet sind· Es erwies eich, dass die stabartigen Elemente die Flüssigkeit, welche die Rippen bildet, wirksamer aufapalten, wenn sie mit einer gegen die λ Zähne gprichteten Messerkante versehen sind. Praktisch erwies ee 8ich, dass die aich bewegende Flüssigkeit, welche in Berührung mit den stabartigen Elementen gelangt, sich hiervon leicht löst, so dass praktisch keine Flüssigkeit von den stabartigen Elementen nach unten tropft.

Sine besonders intensive Vermischung der Flüssigkeit kann erhalten werden, wenn erfindungsgemäas die stabartigen Elemente oder das Element so angeordnet sind, dass sie parallel su sich selbst in Querrichtung bewegt warden.

BIe Erfindung betrifft auch die Verwendung der vorangehend erläuterten Vorrichtung, insbesondere für den Fall, wenn während des Betriebes ein einziges stabartigeβ Element periodisch in Querrichtung parallel zu der Ebene durch die Walzenachsen bewegt wird. Der Stab kann parallel zu sich selbst bewegt oder an einem Stützpunkt gelagert werden. Xn beiden Fällen kann die gleiche günstige Hischwirkung erreicht werden.

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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausfiihrungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Steigerung der Kettonlüngo eines linearen Polykondensate von Äthylenterephthalst, im vorliegenden Fall zur Verdampfung von Glykol aus einem Reaktionsgemiöch, in einer Ansicht von einer Mittelsymmetrieebene aus bzw. gemäss der Linie I-I von Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 und 4 das Profil eines su behandelnden Reaktionsgemisches im Querschnitt bzw. im Längeschnitt länge der Linie III-III bzw. IV-IV,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V von Fig· 3»

Fig. 6 einen Ausschnitt aus Fig. 3 entsprechend dem in dieser letztgenannten Figur veranschaulichten strichpunktierten Kreis VI mit einem stabartigen Element nach der Erfindung.

Gemäss Flg. 1 und 2 sind zwei parallele zylindrische Waisen 1, 2 vorgesehen, welche in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Die Walze 2 ist an einer (nicht gezeigten) frei drehbaren Welle angebracht. Die Walze 1 sitzt auf einer

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in Pfeilrichtung angetriebenen Welle 3. Diese Welle ist drehbar in Lagern 4, 5 gehalten. Die beiden Walzen 1,2 sind durch zwei Zahnräder 6, 7 derart gekoppelt, dass sie gegenläufig in Pfeilrichtung sowie mit gleicher Drehzahl zu rotieren vermögen. Ein Kamm weist hohle Zähne 8 auf, welche zwischen den Walzen nach unten verlaufen. Die Zähne sind Über ein Verteilerrohr 9 mit einem Befestigungsrohr 10 verbunden, welches an einer Stelle i1 mit einem Maschinengestell justierbar verbunden ist. Das weiter zu kondensierende Polyäthylen kann nahe einem Ende der Walzen in die (| Vorrichtung mittels einer Zulaufleitung 12 eingegeben werden.

Als Ergebnis der etwas gekrümmten Form der Zähne 8 wird das Polykondensate wenn sich die Walzen drehen, langsam zu dem anderen Ende der Walzen transportiert, wo es von den Walzen abgestrichen und durch eine Auslassleitung abgegeben werden kann. Diese Einzelheiten sind der Klarheit halber in der Zeichnung nicht angegeben und dem Durchschnittsf achmann bekannt. Aus dem gleichen Grund zeigt die Zeichnung nicht den Antriebe- * mechanismus für die Welle 3, eine vakuumdichte Ummantelung, in welcher die Vorrichtung angeordnet ist, und eine Verbindung durch die Wand dieser Ummantelung mit einem System zur Herstellung eines Vakuums rund um die Vorrichtung sowie innerhalb der Ummantelung.

GemäBS Pig. 3 verbleibt ein Teil der hochviskosen flüssigen Hasse zwischen und an den Walzen als etwas durchhängende

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Materialrolle 13. Diese Materialrolle i3 wird an jeder Seite von Abteilwänden 16, 17 eingeschlossen. Die Lage der Rolle 13 ist äusserst stabil. Die Form dieser Rolle ergibt sich aus der Viskosität der Flüssigkeit sowie der Drehzahl der Walzen. Je grosser diese Werte sind, desto mehr freie Oberfläche der Rolle 14 erreicht die Fora eines Zylinders. Innerhalb dieser Rolle zirkuliert die flüssige Masse heftig in Richtungen, welche ungefähr durch die darin gezeichneten Pfeile veranschaulicht sind. Ein Teil der Flüssigkeit wird ständig durch die Wal ssen sowie «wischen diesen in Abwärtsrichtung transportiert. Unter den Waisen wird die FlUssigkeitsraasse in zwei Flüssigfilme getrennt, deren jeder auf einer Achse aufgelagert und oberhalb der Walzen in die Rolle 13 aurückgedrückt wird. Wegen der Zähne 8 erhalten diese beiden Flüssigfilme eine ganz besondere Form. In den Querebenen der Zähne 8 werden die Filme viel dünner, und es werden zwischen diesen Zähnen membranartige Flüssigkeitsrippen 14 gebildet (siehe Fig. 3 und 4). Die Höhe dieser Rippen kann beispielsweise die 1,5 - bis 2-fache Breite des Raumes zwischen denselben ausmachen. Somit wird eine Oberflächenvergrößerung von 3OO-4OO3S der freien Filmoberfläche erhalten. Dies allein bewirkt, dass die Geschwindigkeit, bei welcher das Glykol aus dem Reaktionsgemisch verdampft, um einen Faktor 4-5 beschleunigt wird.

Die Flüssigkeit wird besonders gründlich an den Punkten ^entischt und homogenisiert, wo die Flüssifclroitsrippcn ϊ4 in die

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Rolle 13 gedrückt werden. Wie sich aus Pig. 3 und insbesondere aus Pig. 5 ergibt, verlaufen die Rippen nicht in die Rolle »3, ohne von ihren eigenen Ebenen abgelenkt zu werden. Die Rippen i4 werden in Wellen J5 verformt und in dieser Form in die Flüssigrolle 13 gedrückt. Auf diese Weise werden die entgasten Plüseigkeitsteile in sehr starkem Mass seitwärts verteilt. Die Diffusion des Glykos gegen die frischen, nachfolgend zu formenden Rippenflächen wird stark beschleunigt.

Gemäss Flg. 6 ist ein stabartiges Element 18 in die Flüssigkeit srippen 14 an deren Bildungspunkten eingedrückt. Die gestrichelte Linie I4 zeigt die Form der ungestörten Flüssigkeitsrippen· Wegen des stabartigen Elementes 18 nehmen die Flüssigkeitsrippen eine neue Form ?9 an. In der Zeichnung ist das stabartige Element neben der Symmetrieebene zwischen den Walzen 1, 2 gezeichnet. Somit sind die Rippen rund um die Walze 2 nicht so hoch wie diejenigen um die Walze 1, so dass eine ständige Flüssigkeitsströmung von der Walze 2 zu der Walze 1 erfolgt.

Abgesehen von der Tatsache, dass die Rippen rund um die Walzen i, 2 unterschiedliche Höhen aufweisen« ergibt sich auch aus Fig. 6, dass alle Rippen niedriger als die Rippen mit dem ungestörten ursprünglichen Profil 14 sind. In Abhängigkeit von der Lage des stabartigen Elementes 18 kann jede Rippenhöhe und jedes Verhältnis der Ripoenhöhe hergestellt

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werden. Während dee Betriebes kann das Strömungebild durch Auslenkung des stabartigen Elementes 18 in jeder gewünschten Weise geändert werden. Durch die Erfindung ist es möglich, die Vorrichtung auf verschiedene Weise zu verwenden, unbeschadet der Drehzahl und der Viskosität der Flüssigkeit. Ferner kann die Vorrichtung bei gleichen oder besseren Mischungsergebnisfien in ihrer Länge stark reduziert werden.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Behandlung hochviskoser Substanzen mit zwei im wesentlichen parallelen und zylindrischen Walzen, welche in gewissem Abstand voneinander angeordnet sind, Bauelementen zur gegenläufigen Drehung der Walzen, Bauelementen zur Zugabe und Abgabe der hochviskosen Substanz und einem Kamm, welcher im wesentlichen symmetrisch zu den Walzen angeordnet ist, so dass dessen Zähne μ in den Spalt zwischen den Walzen in deren Drehrichtung

verlaufen, nach Patent (Patentanmeldung N 25 883),

dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Stelle, wo die Walzen (1, 2) divergieren sowie parallel zu den Walzenachsen und frei von den Walzenoberflächen zumindest ein stabartiges Element (18) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die stabartigen Elemente (18) mit einer Messerkante gegen die Zähne (18) hin gerichtet sind. "

3« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes stabrtige Element (18) quer sowie parallel zu sich selbst beweglich ist«

4. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges etabartiges Element (i8) periodisch in Querrichtung parallel zu der Ebene durch die Walzenachsen bewegt wird.

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