DE1948783A1 - Reaktor fuer hochviskoses Material - Google Patents

Description

Reaktor für hochviskoses Material

Die Erfindung "beschäftigt sich mit Verbesserungen an großen Reaktoren, die für die kontinuierliche Polymerisation von Materialien zum Erhalt hochviskoser Polymere verwendet werden und insbesondere mit einem Reaktor, der für die Polymerisation ein gründliches Rühren und eine gründliche Erhitzung erfordert.

Reaktoren für das Verarbeiten hochviskoser Materialien weisen im allgemeinen schraubenförmige Rührwerke mit einem inneren Flüssigkeitsrohr auf. Es ist auch schon bei Reaktoren ohne Flüssigkeitsrohr die Verwendung von Rührwerken auf Bandmaterial oder in Form einer Schraube bekannt. Schließlich ist noch ein Reaktor mit Flüssigkeitsrohr bekannt, bei dem für das Oberflächenkratzen ein Rührwerk aus Bandmaterial oder eine Schraube verwendet wird,

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Bei den ersten beiden dieser bekannten Reaktortypen ist die Bearbeitung von Materialien nicht möglich, deren Viskosität bei fortschreitender Polymerisation rasch zunimmt. Das ist eine Folge der Tatsache, daß sie eine beschränkte Heizoberiläche und nur einen geringen Wirkungsgrad der Rührwerke aufweisen»

Der dritte der bekannten Reaktortypen, bei dem ein Rührwerk aus Bandmaterial oder in Schraubenform verwendet ist und zusammen mit dem Flüssigkeitsrohr nach dem Ober flächenkr at ζ verfahren gearbeitet wird, hat einen guten Heizwirkungsgrad beim Bearbeiten hochviskoser Materialien, da das aus Bandmaterial oder in Schraubenform aufgebaute Rührwerk im inneren Flüssigkeitsrohr das Material darin bewegt und wirkungsvoll verlagert. Außerdem ist im Ringraum zwischen der Innenwand des Reaktors und der Außenwand des Flüssigkeitarohres eine Anzahl von Flügeln vorgesehen, die normalerweise beide Wandungen durch Kratzen sauberhalten.

Auch diese Reaktorbauart hat jedoch lachteile. So ist die Bauhöhe zum Erhalt einer größeren Heizfläche unter der Bedingung eines beschränkten Reaktorvolumens groß zu halten, und eine gute Mischung der Füllmaterialien kann nicht erzielt werden, da im Ringraum keine Mischorgane vorgesehen sind.

Weiter müssen die im Ringraum rotierenden Flügel, zwi- ; sehen denen und der Außenseite des Flüssigkeitsrohrs nur ein kleines Spiel besteht, durch unausgeglichene Kräfte betätigt werden, die vom ungleichen Flüssigkeitsdruck des Innenmaterials , herrühren. Deshalb wird das im Inneren des Flüssigkeitsrohres j angeordnete Rührwerk aus Bandmaterial oder in Schraubenform, das mit den Flügeln über Arme verbunden ist, häufig in Schwingungen geraten, die auf die Rührwirkung und.die Mischung des Materials

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einen ungünstigen Einfluß haben.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile der "bekannten Reaktoren auszuschalten und für die Behandlung hochviskoser Materialien einen Reaktor mit größerem Wirkungsgrad und größeren Abmessungen vorzuschlagen. .

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen,

Fig. 1 und 2 teilweise aufgerissen und im Schnitt perspektivische Ansichten von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 3 eine Einzelheit der Kratzflügel des Reaktors von Fig. 2, und

Fig. 4 einen Schnitt bei Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Kessel 1, in dem konzentrisch zum Kessel ein Hohlzylinder als Flüssigkeitsrohr 2 angeordnet ist. Zur Heizung läßt man ein wärmeübertragendes Mittel wie Dampf, Wasser oder Dowsom von einem Einlaß 3 zu einem Auslaß 4 durch das Flüssigkeitsrohr fließen. Im Innenraum des Kessels ist ein aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildetes Innenrührwerk 5 so an Tragstangen 6, 6* befestigt, daß zwischen seiner Außenkante und der Innenwand des Flüssigkeitsrohres ein kleines Spiel besteht. Die oberen Enden der Tragstangen 6, 6^! sind beispielsweise durch Schweißen an Kopfarmen 7, T¹ befestigt. Im Ringraum zwischen der Außenwand des Flüssigkeitsrohres 2 und der Innenwand des Kessels sind aus Bandmaterial in Schraubenform hergestellte starre Außenrührwerke 8 und 9 vorgesehen, deren

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Schraubenwindung zu der des Innenrührwerks 5 im Innenraum des Flüssigkeitsrohres 2 entgegengesetzt ist. Das Außenrührwerk 8 ist so angeordnet, daß seine Innenkanten durch senkrechte Stangen 10 und 10¹ getragen werden, die oben an den beiden Enden des Kopfarmes 7 befestigt sind. Zwischen der Außenkante des schraubenförmigen Rührwerks 8 und der Innenwand des Kessels 1 verbleibt ein kleiner Spielraum. Auf ähnliche Weise ist das Außenrührwerk 9 so angeordnet, daß seine Außenkante von senkrechten Stangen 11 und 11* getragen wird, die oben an den beiden Enden des Kopfarmes 7' befestigt sind. Zwischen der Innenkante des schraubenförmigen Außenrührwerks 9 und der Außenwand des Flüssigkeitsrohres 2 besteht ebenfalls ein Spielraum. Eine Treibwelle 12 greift am Kreuzungspunkt der über Kreuz liegenden Kopfarme 7, 7^f an und erstreckt sich zu einem in der Figur nicht gezeigten Treibantrieb, und zwar durch eine Öffnung im Kopfdekkel des Kessels 1. Durch Drehen der Treibwelle 12 in beliebige Sichtung werden die Kopfarme 7, 7^f, die Stangen 10, 10¹ und 11, 11' sowie die Rührwerke 5, 8 und 9, die alle fest mit der Treibwelle 12 verbunden sind, gleichzeitig gedreht. Der Reaktor weist außerdem einen Beschickungseinlaß 13 für das zuzuführende Material und zwei Auslässe auf, die im nicht gezeigten Kopfdeckel des. Kessels vorgesehen sind. Der Reaktor weist ferner einen die Außenwand des Kessels umgreifenden Heizmantel 14 auf.

Im Reaktor wird das zu verarbeitende Material durch den Beschickungseinlaß 13 am Boden zugeführt und das Material wird dann im Innenraum des Kessels 1 durch die Bewegung des Innenrührwerks 5 nach oben gedrückt. Während des im Innenraum zurückgelegten Weges werden die Materialien so gemischt und nach oben . : bewegt, daß die Polymerisationsreaktion fortschreitet. Die Ma- _:

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terialien werden dann am oberen Auslaß des Innenraums in ihrer Bewegungsrichtung umgekehrt und bewegen sich nun durch den Ringraum zwischen Kessel 1 und Flüssigkeitsrohr 2 unter der Misch- und Vorschiebwirkung der Außenrührwerke 8 und 9 nach unten, die in entgegengesetztem Sinn zu dem des schraubenförmigen Rührwerks 5 des Flüssigkeitsrohres 2 gewunden sind. Sind die Materialien am Boden des Kessels angekommen, so werden sie mit dem Kessel 1 durch den Beschickungseinlaß 13 zugeführten frischen Materialien gemischt und bewegen sich wieder durch den inneren zylindrischen Raum des Kessels 1 nach oben, wie das bereits beschrieben wurde. Nach mehreren solchen Wiederholungen des Materialumlaufs im Kessel 1 erreicht ein Teil des Materials den gewünschten Polymerisationsgrad und wird für die weitere Behandlung in sich anschließenden Verfahren am Kopf des Kessels 1 durch Auslässe abgeführt.

Im Verlauf der Polymerisation ändert sich die Reaktionstemperatur des Systems unausweichlich aufgrund der Reaktionswärme. Es muß deshalb eine geeignete Wärmesteuerung durch Heizen oder Kühlen vorgesehen werden, wenn man ein gutes Polymerisationsverfahren erreichen will.

Der erfindungsgemäße Reaktor vermindert alle Vers chi echt errungen des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung auf ein Minimum, die durch Anhaften und Ablagerung von Material auf den Heizflächen auftreten könnten. Das ist eine Folge der Tatsache, daß der erfindungsgemäße Reaktor größere Heizflächen aufweist, da er zwei konzentrische zylindrische Heizmäntel besitzt, nämlich das Flüssigkeitsrohr 2 und den äußeren Heizmantel 14. Zusätzlich weist der erfindungsgemäße Reaktor die aus Bandmaterial bestehenden Schrauben auf, die ständig neues Material zu den

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Heizflächen führen und das dort" vorhandene Material durch die Kraftwirkung ihrer Kanten abstreifen, die den Heizflächen mit geringem Spiel gegenüberliegen.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine aridere Auaführungsfora der Erfindung. Hier ist das Innere der beiden Außenrührwerke_s nämlich das Außenrührwerk 9_S das der Außenfläche des Flüssigkeitsrohres 2 des Reaktors in Fig. 1 gegenüberliegt, durch einen Kratzflügel 15 ersetzt. Der Kratsflügel nach dieser Ausführungsform hat eine Reihe von Durchbrechungen 16, die längs seiner vertikalen Oberfläche angeordnet sind und durch die die Materialien frei hindurchtreten können. Dadurch wird der Flüssigkeitswiderstand der bewegten Materialien vermindert.

Der Kratzflügel 15 ergibt eine bessere Kratzwirkung auf der Heizoberfläche als herkömmliche Flügel, da seine Spitze mit der Außenwand des Flüssigkeit sr ohr es den in Fig. 4 gezeigten spitzen Winkel bildet. Dadurch werden die auf der Heizfläche anhaftenden Materialien wirkungsvoll abgekratzt. Bei den in Fig. 2 gezeigten Reaktoren wird es kaum zu seitlichen Schwingungen des Innenrührwerks 5 im Innenraum.des Kessels kommen, da ungewöhnliche Kräfte an den Kopf armen 7 und 7* aufgrund des Tragens des schraubenförmigen Außenrührwerks 8 im Ringraum , nicht auftreten und der Flüssigkeitswiderstand des Kratzflügels vermindert ist.

Wie oben im einzelnen beschrieben wurde, zeichnet sich, der erfindungsgemäße Reaktor durch seinen besonderen Aufbau aus, Er weist einen zylindrischen Kessel auf, weiter einen die Außett wand des Kessels umgreifenden Heizmantel, im Kessel und konzentrisch zu diesem ein im Querschnitt ringförmiges Fluss igkeits·»

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ORfQfNAL

rohr, ein Innenrührwerk in Form einer Schraube aus Bandmaterial, zwischen dessen Außenkante und der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs ein kleines Spiel "besteht und mehrere Außenrührwerke, die entweder alle aus in Gegensinn zum Rührwerk im Innenraum gewundenem Bandmaterial bestehen (Fig. 1) oder aus einer Kombination eines Rührwerks aus schraubenförmigem Bandmaterial mit einem Kratzflügel (Fig. 2). Dabei sind die Rührwerke im Ringraum zwischen Kessel und Flüssigkeitsrohr so angeordnet, daß zwischen ihren Kanten und der Innenwand des Kessels bzw. der Außenwand des Flüssigkeitsrohres nur ein kleines Spiel verbleibt.

Durch die Verwendung solcher Reaktoren wird der Misch- und Übertragungs-Effekt auf das im Kessel zu behandelnde Material gegenüber herkömmlichen Reaktoren stark erhöht. Das ist eine Folge der Tatsache, daß nicht nur ein Rührwerk in Form einer Schraube aus Bandmaterial im Innenraum des Flüssigkeitsrohres vorgesehen ist, sondern zusätzlich eine Mehrzahl von Rührwerken dieser Form oder eine Kombination dieser Form mit einem als Kratzflügel ausgebildeten Rührwerk im Ringraum zwischen Kessel und Flüssigkeitsrohr angebracht ist. Dadurch sind die Misch- und Förder-Arbeitsgänge in diesem Raum denen des Rührwerks im Innenraum nie unterlegen, und man erreicht so einen gleichmäßigen Umlauf der Materialien im Kessel.

Insbesondere werden diese Eigenschaften des Reaktors selbst dann nicht absinken, wenn der Kessel größer und langer gemacht wird, um seine Kapazität zu erhöhen und so eine bessere und gleichmäßigere Polymerisationswirkung zu erreichen.

Der erfindungsgemäße Reaktor hat noch den zusätzlichen großen Vorteil, daß das Rührwerk im zylindrischen Innenraum des Kessels keine seitlichen Schwingungen veranlaßt, die unerwünsch-

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te Auswirkungen auf den Polymerisationsvorgang haben könnten.

Wird die Lange des aus Bandmaterial in. Form einer Schraube bestehenden Rührwerks im Innenraum des Kessels bei zunehmender Kapazität des Reaktors vergrößert, so sind eher größere Seitenschwingungen augrund von kleinen Bewegungen der es tragenden oberen Kopfarme möglich.

Diesen seitlichen Schwingungen muß. gesteuert werden, damit sie während des Reaktorbetriebes so klein als möglich sind, da sie eine große Anzahl unerwünschter Auswirkungen auf die Polymerisationsreaktion haben, wie Zunahme des Leistungsbedarfs für das Drehen des Rührwerks, Abnahme des Misch- und Förder-Wirkungsgrades des Rührwerkes, Verfärbungen des Erzeugnisses usw. Dies sind Folgen von Druekberührungen der spiral igen Rührwerkkante mit der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs.

Erfindungsgemäß ist diese Gefahr wirkungsvoll ausgeschaltet, da neben dem aus schraubenförmigem Bandmaterial bestehen-V den Rührwerk im Inneren des Flüssigkeitsrohres im Bingraum.zwischen Kesselwand und Flüssigkeitsrohr zumindest ein aus schraubenförmigem Bandmaterial bestehendes zusätzliches Rührwerk vorhanden ist. Dabei werden die Außen- oder Innenkanten des spiraligen Rührwerkes den Wandungen des Kessels oder des Flüssigkeitsf· rohres mit kleinem Spiel gegenüberliegen. Es werden also un- ' gleiche Flüssigkeitswiderstände für das Rührwerk im Ringraum _; durch diese Anordnung sehr vermJLndert werden, da sie wirkungs- j voll von den langen spiraligen Rührwerken aufgenommen werden, : die längs der gesamten Länge der äußeren und inneren Wandungen des Ringraumes erstreckt sind. Dadurch wird das Innenrührwerk ; im Flüssigkeitsrohr, das mit den Rührwerken des Ringraumes durch; die tragenden Kopfarme verbunden ist, nur selten aufgrund von ,

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von dort her übertragenen Reaktionskräften in Schwingung kommen.

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Claims (3)

1948733 Pate η ta η Sprüche :

1. Reaktor für hochviskoses Material, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kessel (1), durch einen die Außenwand des Kessels umgreifenden Heizmantel (14), durch ein zum Kessel konzentrisches im Querschnitt ringförmiges Flüssigkeitsrohr (2), durch ein im zylindrischen Innenraum des Kessels angeordnetes Innenrührwerk (5) in Form einer Schraube aus Bandmaterial, zwischen dessen Außenkante und der Innenwand des Flüssigkeitsrohes ein kleines Spiel besteht, und durch mehrere Außenrührwerke (8, 9, 15)ι von denen mindestens eines aus Bandmaterial in Form einer Schraube besteht, die entgegengesetzt zu der des Innenrührwerks gewunden ist und deren Außen-oder Innenkante: den Wänden des Kessels bzw. des Flüssigkeitsrohres mit kleinem Spiel gegenüberliegt...

2. Reaktor nach Anspruch 1y dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrührwerke (8, 9) aus Bandmaterial in Form einer Schraube gewunden sind, deren Drehsinn zu der des Rührwerks (5). im Innenraum entgegengesetzt ist, und daß die Außenkante der einen Schraube und die Innenkante der anderen den Wandungen des Kessels (T) bzw. des Flüssigkeitsrohres (2) mit kleinem Spiel gegenüberliegen {Fig. M), .

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die'Außenrührwerke (8, 15) eine aus Bandmaterial gewundene Schraube (8) aufweisen, die in Gegensinn zu der im Innenraum gewunden ist, und aus einem Kratzflügel (15), dessen Außenoder Innenkante der Wand des Kessels (1) oder der des Flüssigkeitsrohres (2) mit geringem Spiel gegenüberliegt (Fig. 2). j

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