-
Vorrichtung zur Behandlung eines fließenden Mediums in dtinnen Schichten.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus mehreren Bereichen bestehende
Vorrichtung zur Behandlung eines fließenden Mediums in dünnen Schichten und auf
ein Verfahren zur Durchfuhrung der Behandlung0 Insbesondere bezieht sich die Errindung
auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen einer Flüssigkeit, beispielsweise
eines Laaungsmittels, aus einem Harz oder einem Polymerisat, dem Ubertragen des
erhaltenen zäfluüssigen Harzes oder Polymerisats und dem Zusetzen einer neuen Flüssigkeit,
beispielsweise einem Lösungsmittel, zu diesem zähflüssigen Harz odér Polymerisat
innerhalb einer einzigen Vorrichtung.
-
Bei der Behandlung oder Verarbeitung organischer Harze oder Polymerisate
ist es oft erwünscht, ein Lösungsmittel oder eine Flüssigkeit aus einer Harzlösung,
-emulsion, -aufschlämmung oder-suspenslon zu entfernen. Üblicherweise
erhalt
man beim Entfernen von einem oder mehreren Lösungsmitteln in einem Dünnschicht-Trommelverdampfer
ein Material, das dadurch zähflüssig wurde und schwer zu bearbeiten oder zu transportieren
ist. Außerdem ist es häufig erwüscht, das zähflüssige Material in ein neues oder
anderes Lösungsmittel zu bringen, um beispielsweise eine neue Harzlösung, -emulsion,
-aufschlämmung, -suspension oder - mischung mit unterschledlicher Viskosität zu
erhalten, Diese kann beispielsweise geringer sein, als die des dem Dünnschi cht-Trommelverdampfer
ursprffrigl ich zuge führten Lösungsmittel-Harzmaterials. Zum Entfernen des Lösungsmittels
und zum ZufUhren einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluides zu dem zähflüssigen
Material kann ein Dünnschicht-Troomelverdampfer benutzt werden. Dabei ist jedoch
ein wirkungsvoller und wirtschaftlicher Übergang des zähflUssigen Materials von
einer Sture zur anderen nur sehr schwer zu erreichen. Es treten dabei verschiedene
Bearbeitungsprobleme auf.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aus mehreren Bereichen bestehende
Vorrichtung zur Behandlung eines fließenden Mediums in dünnen Schichten und ein
Behandlungsverfahren zu schaffen, durch welche das zähflüssige Material wirtschaftlioh
und leicht von einem Dünnschichtbereich zu dem naheliegenden anderen Dünnschichtbereich
befördert wird,
ohne daß das fluide Material des einen Dünnschichtbereiches
das fluide Material des anderen DUnnachichtbereiches verunreinigta Ferner soll in
einer einzigen Vorrichtung in wirtschaftlicher und wirkungsvoller Weise ein Harz
vom Lösungsmittel befreit, im zähflüssigen Zustand von einem Bereich zu einem anderen
Bereich befördert werden, indem das zähflüssige Material weiter behandelt wird,
beispielsweise durch Zusetzen eines neuen Lösungsmittels.
-
Diese Aufgaben werden erfindungsgemEB durch eine aus mehreren Bereichen
bestehende Vorrichtung zur Behandlung eines fließenden Mediums in dUnnen Schichten
gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen aus niindestens einem ersten und einem
zweiten Dünnschichtbereich und einem dazwischenliegenden Übertragungsberich bestehenden
Behälter, in dem ein drehbarer Rotor derart angeordnet ist, daß sich an ihm im ersten
und zweiten DUnnschichtbereich angebrachte, radial nach außen weisende RctorblEtter
bis dicht an die Behälterinnenwand erstrecken, so daß ein kleiner Zwischenraum zwischen
dieser und der äu#eren Kante der Rotorblätter entsteht, durch eine im Übertragungsbereich
vorgesehene, mit dem Rotor verbundene Übertragungseinrichtung zur flussigkeltsdichten
Beförderung des Mediums und durch Ein- und Auslaßöffnungen im ersten und zweiten
Dünnschichtbereich.
-
Der Übertragungsbereich kann eine am Rotor befestigte Kegel trommel
enthalten, auf deren Oberfläche schraubenförmige FUhrungen vorgesehen sind, Diese
FUhrungen sind derart geneigt, daß durch Drehung der Trommel das Material vom Ende
des ersten Dünnschichtbereiches, dem Verdampfungsbereich, zum Anfang des zweiten
DUnnschichtberelches, dem ZufUhrungsbereich, gebracht wird. Diese schraubenförmigen
Ftihrungen sind mindestens eineinhalbmal um die Trommeloberfläche geführt. Das Kegeltrommelende
mit dem kleinen Durchmesser ist nahe dem Ende des ersten Dünnschichtbereiches angeordnet
und der äußere Durchmesser der Rotorblätter dieses DUnnschlchtbereiches ist gleich
dem der Führungen und dem der Rotorblätter im zweiten Dünnschichtbereich.
-
Dementsprechend ist die Höhe der Führungen in der Nähe des ersten
Dünnschichtbereiches größer und nimmt fortschreitend zum zweiten Dünnschichtbereich
hin ab. Durch diese Anordnung ergibt sich ein sich fortschreitend ver ringernder
Raum für das zähflUssige Material zwischen der Innenwand des Behälters und der Oberfläche
der Kegeltrommel, wobei der größere Raum nahe dem Ende des ersten Dünnschichtbereiches
ist, so daß das zähflüssige Material beim Fördern vom ersten zum zweiten Dünnschichtbereich
zusammengepre#t wird. Dadurch bildet sich zwischen dem Übertragungsbereich und dem
zweiten Dnnnschichtbereich eine Packung aus zähflüssigem Material, wodurch das Eindringen
von in den
zweiten Dünnschichtbereich gebrachtem Fluid (Ldsungsmittel,
Wasser, Katalysator, Verdünnungsmittel oder Flüssigkeit) in den Übertragungs- oder
in den ersten Dünnschichtbereich verhindert wird0 Es ist also mit der Vorrichtung
gemä# der Erfindung möglich, auf vorteilhafte und wirtschaftliche Weise zähflüssiges
Harzmaterial von einem Bereich in einen anderen zu befördern, ohne daß neues oder
altes Lösungsmittel durch den Übertragungsbereich gelangt und Verunreinigungen hervorruft.
-
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Figur
näher erläutert0 Die Figur zeigt einen horizontal angeordneten Verdampfer 10, der
aus einem geschlossenen länglichen zylindrischen Behälter 12 besteht, dessen größter
Tell von einer Ummantelung 14 zur Temperaturregelung umgeben ist. Diese Ummantelung
dient zur Zuführung von Wärmeaustauschmittel, beispielsweise Dampf, kaltem Wasser
o,ü, An einem Ende der Kammer ißt eine Füllönung 16 vorgesehen, während am anderen
Ende eine Abfullöffnung 18, eine Dampfausla#öffnung 20 sowie Lösungsmittelzuführungsöffnungen
22 und 24 vorgesehen sind.
-
An beiden Enden des Behälters 12 sind Yerschldsse 26 und 30 vorgesehen,
die einen horizontal angeordneten, rohrförmigen Rotor 36 tragen, der sich durch
den ganzen Behälter und die
Verdampfungskammer 32 erstreckt. Der
Rotor 36 wird von einem Motor oder anderen Einrichtungen Cnicht gezeigt) angetrieben
und erstreckt sich über die VerschlUsse 26 und 30 hinaus. Er ist in Lagern 38 und
40 gelagert und mit Dichtungen 42 und 44 abgedichtet. Durch eine mit einem Verschluß
28 versehene Trennplatte 31 im FUllöffnungsbereich des Behälters 12 wird eine Verdampfungskammer
32 gebildet, die eine Dampfaualaßöffnung 39 zum Entfernen des Dampfes aufweist.
Die Trennplatte hat eine Öffnung, deren Durchmesser kleiner als der des Behälters
12 ist, um zu verhindern, daß flüssiges Material in die Verdampfungskammer 32 gelangt.
-
Auf der Rotorachse 36 ist eine Reihe von sich radial nach außen erstreckenden
Rotorblättern 46 und 48 angeordnet, deren Enden bis dicht an die Innenwand des Behälters
reichen, so daß zwischen ihnen und dieser Innenwand ein kleiner Zwischenraum entsteht.
Der im Behälter 12 durch die Rotorblätter 48 gebildete Bereich ist der zweite Dünnschichtbereich,
während der durch die rotorblätter 46 gebildete Bereich der erste Dünnschichtbereich
ist.
-
Zwischen diesen beiden DUnnschichtbereichen befindet sich ein Übertragungsbereich,
der sich vom Ende der Rotorblätter 46 bis zum Anfang der Rotorblätter 48 erstreckt.
Im Übertragunsbereich ist auf dem Rotor 46 dine Kegeltroel 50
befestigt.
Diese Kegeltrommel trägt eine Reihe von schraubenförmigen Führungen 52o Üblicherweise
ist die Anzahl dieser Führungen gleich der Anzahl der Rotorblätter.
-
Der äußere Durchmesser der Führungen 52 ist gleich oder etwa gleich
dem der Rotorblätter 46 und 48, so daß zwischen den schraubenförmigen Führungen
und der Innenwand des Behälters 12 ein kleiner, Jedoch gleichförmiger Zwischenraum
entsteht. Die dargestellten FUhrungen 52 sind mit gleichem Abstand voneinander auf
der Oberfläche der Kegeltrommel 50 angeordnet. Sie erstrecken sich senkrecht zur
Trommeloberfläche, sind Jedoch im spitzen Winkel zur Rotor achse geneigt Dadurch
können sie Material von dem Trommel ende mit dem kleineren Durchmesser zum Trommelende
mit dem gr8ßeren Durchmesser befördern.
-
Im Betrieb wird eine flüssige Harz/Lösungsmittel-Lösung durch die
Fullöffnung 16 zugeführt. Durch Drehung der Rotorblätter 46 wird die Lösung gegen
die erwärmte Innenwand des Behälters 12 geschleudert und bildet im ersten DUnnschichtberelch
eine dünne, turbulente Schicht auf der Wand. Die verdampfbare Komponente der zugeführten
Mischung, beispielsweise das Lösungsmittel, verdampft und entweicht durch die Verdampfungskammer
32 und die Dampfauslaßöffnung 34. Die Trennplatte 31 leitet das flUssige Material
in dem Dampf entgegengesetzter Richtung. Dies ist in der Figur von links nach rechts,
während der Dampf
durch die Öffnung in der Trennplatte) 31 in die
Verdampfungskammer 32 strömt. Eei der Förderung des Materials durch den ersten Dünnschichtbereich
wird die verdampfbare Komponente kontinuierlich entfernt und die Viskosität des
Katerials vergrö#ert. Das zähflüssige Harz wird dann aus dem ersten Dünnschichtbereich
in den Übertragungsbereich gebracht, in dem durch die Drehung der mit den Führungen
52 versehenen Kegeltronmel 50 das zähflüssige Harz vom Ende der Rotorblätter 46
enüferzit wird. Das so geförderte zähflüssige Material füllt den Zwischenraum zwischen
der Oberfläche der Kegeltrommel 50 und der Ianenwand des Behälters 12 im Übertragungsbereich.
Durch die Änderung der Hohe der Führungen 52 wird der Strom aus Harzmaterial zusammengepre#t,
wenn er zum Ende des Übertragungsbereiches befördert wird.
-
Die Förderung des Materials vom ersten Dünnschichtbereich zum zweiten
DUnnschi chtbereich erfogt mit Hilfe der Kegeltrommel und der sich ändernden Höhe
der Führungen 52 so, daß am Ende des Übertragungsbereiches eine Packung aus zähflüssigem
Material entstanden ist. Die Führungen 52 sollen möglichst mindestens eineinhalbmal
die die Trommeloberfläche geführt sein.
-
Das aus dem Übertragungsbereich geförderte zähflüssige Harz wird als
dUnne Schicht in den zweiten Dünnschichtbereich gebracht, in dem die Rotorblätter
48 vorgesschen sind und der ähnlich dem ersten Dünnschichtbereich aufgebaut
ist.
In diesem zweiten Dünnschichtbereich wird jedoch durch die Lösungsmittelzuführungsöffnungen
22 und 24 dem in dtinner Schicht vorhandenen zähflüssigen Material ein neues Lösungsmittel
Oder fluides Material zugesetzt, so daß eine neue Lösung, Emulsion, Suspension oder
Mischung entsteht, die im allgemeinen eine geringere Viskosität hat als das aus
dem Übertragungsbereich zugeführte von Lösungsmittel berreite Material. Die so hergestellte
neue Lösungsmittellösung wird aus der Abfüllöfftung 18 nach außen gefördert, während
eventuell vorhandener Lösungsmitteldampf durch die Dampfausla#öffnung 20 in ein
Kondensorsystem (nicht gezeigt) entweicht. Die Zuführung des Lösungsmittels in einen
rotierenden Dünnschichtbereich ermöglicht die Verwendung irgendeines Lösungsmittels
oder Materials, das sofort verdampft, wenn das Lösungsmittel oder Material mit dem
zähflüssigen Material aus dem Übertragungsbereich gemischt wird.
-
Obwohl die in der Figur dargestellte Vorrichtung nur eine einzig.
Ummantelung zur Temperatursteuerung aufweist, kann auch eine Reihe von getrennten
Ummantelungen zur Temperatursteuerung benutzt werden, wenn in den verschiedenen
Bereiohen verschiedene Temperaturen benötigt werden. Beispielsweise Icann in dem
ersten Dünnschichtbereich die ursprUngliche Temperatur oder eine niedrigere Temperatur
$verwendet werden.
-
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung können auf eine
Vielzahl von Polymerisaten und nicht polymeren Materialien angewandt werden. Besonders
geeignet ist die Erfindung Jedoch fUr ein Material, das bei Konzentration im ersten
Dünnschichtbereich seine Viskosität vergrößert. Typische zu bearbeitende Materialien
sind Monomere, Polymerisate wie Polyester, Copolymere, Polyamide, Polyimine, Polycarbonate
usw., Ester uO.
-
Beispielsweise kann aus einem wasserlöslichen Harz oder Polymer, das
in einem organischen oder Hydrocarbon-Lösungsmittel gelöst ist, im ersten DUnnschlchtbereich
das organische lösungsmittel entfernt werden. Das zähflüssige Polymere wird in den
zweiten DUnnschichtbereich übertragen, und ihm wird zur Herstellung einer Wasser/Harz-lösung
oder Emulsion Wasser zugesetzt. Das zu behandelnde Material kann mit Wasser, organischen
Lösungsmitteln wie Hydrooarbonen, Ketonen, Alkoholen, Estern u.ä. gemischt werden.
-
Während diese Flüssigkeiten oder andere dem konzentrierten Harz in
dem zweiten Dünnschichbereich zugesetzt werden, können weitere Behandlungen mit
Gas, Flüssigkeiten, fitalysatoren usw. durchgeführt werden.
-
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispieles mit einem einzigen
kegelförmigen, bohrerartigen Ubertragungsbereichea zwischen zwei Dünnschichtbereichen
beschieben. Es sei Jedoch bemerkt, daß in einer einzigen
Vorrichtung
auch mehrere Übertragungsbereiche vorgesehen sein Können, die zwischen entsprechenden
Dünnschichtbereichen angeordnet sind. Soll beispielsweise ein Material mit einer
Reihe von flilssigen Lösungsmitteln ausgelaugt werden, um eine fertige Mischung
zu erhalten, so kann eine entsprechende Anzahl von Dünnschichtbereichen mit dazwischen
liegenden Übertragungsbereichen benutzt werden.
-
Mit Hilfe der erfindunsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Material,
das in einem Dünnschichtbereich durch Konzentration oder Behandlung zähflüssig gemacht
wird, in einen anderen Dünnschichtbereich zu übertragen. Das erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung gemäß der Erfindung habe den Vorteil, daß das Material zusammengepreßt
wir, so daß eine Dichtung zwischen dem Übertragungsbereich und dem folgenden Dünnschichtbereich
entsteht, während das Material von einem Bereich zum nächsten befördert wird0