DE1948783C3 - Reaktor für hochviskoses Material - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor für hochviskoses Material, mit einem zylindrischen Kessel, einem die Außenwand des Kessels umgreifenden Heiz- oder Kühlmantel, einem zum Kessel konzentri- so sehen, im Querschnitt ringförmig doppelwandigen Rohr mit Anschlüssen für den Durchfluß eines Wärmeaustauschmittels, einem im zylindrischen Innenraum des Kessels angeordneten Innenrührwerk und mehreren im Ringraum zwischen Kesselwand und Rohr angeordneten Außenrührwerken sowie einem Beschickungseinlaß und Auslassen unten bzw. oben am Kessel.

Reaktoren dieser Art sind bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 183 888). Sie dienen für die kontinuierliehe Polymerisation von Materialien zum Erhalt hochviskoser Polymere. Für die Polymerisation ist dabei ein gründliches Erhitzen und gründliches Rühren der Materialien erforderlich. Hierfür ist der bekannte Reaktor mit einem Innenrührwerk in Form einer Förderschnecke versehen, die eine Förderschraube aufweist, die von einer zentralen Antriebswelle getragen wird. Die Mitte des Innenraumes des Reaktors wird üo von Teilen des Innenrührwerkes eingenommen. Dadurch wird eine gründliche Durchmischung des Reaktorinhaltes bis zu einem gewissen Grade ausgeschlossen, Die Außenrühnverke sind beim bekannten Reaktor als Schabelemente ausgebildet, die das Material von den Wänden ablösen und dadurch lokal eine gewisse Rührwirkung erzeugen. Eine der Förderschnecke im Innenraum ähnliche Rührwirkung wird aber nicht erzielt.

Auch ist schon ein Reaktor bekannt (UbA.-Patentschrift 3 049 413), bei dem in den Kessel an Stelle des doppelwandigen Rohres Rohrschlangen eingestellt sind. Dabei ist wieder die zentrale Antriebswelle durchgehend angeordnet und mit einer Förderschnecke versehen. Das Außenriihrwerk ist jedoch aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet. Dabei sind zwei derartige Schrauben vorgesehen, die zueinander im Gegensinn gewunden sind. Ihre Rühr- und Förderwirkungen heben sich ί,ο g-genseitig wieder auf, was in Anbetracht der durch Rohrschlangen gebildeten Trennung von Innenraum und Ringraum an der Kesselwand von geringerer Bedeutung sein mag, be'< Verwendung eines doppelwandigen Rohres für diesen Zweck jedoch nicht ohne schwere Nachteile für den ordnungsgemäßen Ablauf der Polymerisation hingenommen werden kann.

Schließlich ist noch ein Reaktor bekannt (französische Patentschrift 1 257 780), bei dem das Innere des Kessels nicht in mehrere Räume unterteilt ist. Im Kessel sind mehrere gegenläufige Rührwerke aus Bandmaterial in Form einer Schraube angeordnet, die von einer Antriebswelle angetrieben werden, die den gesamten Kessel durchsetzt.

Neben unzureichender Rührwirkung und beschränkter Heizwirkung, die unter Umständen miteinander gekoppelt sind, kommt es bei den bekannten Reaktoren mit Rührwerken aus Bandmaterial in Form einer Schraube häufig zu Schwingungen, die auf die Rührwirkung und das Material bzw. die Produktqualität einen ungünstigen Einfluß haben.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Reaktor so auszugestalten, daß bei hohem Wirkungsgrad von Rührwerken und Heizung Schwingungen der Rührwerke sicher ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Innenrührwerk aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet wird, das über Tragstangen an an einer Antriebswelle angebrachten Kopfarmen so befestigt ist, daß zwischen der Außenkante des Bandmaterial und der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs ein kleines Spiel besteht und daß die Außenrühnverke, von denen mindestens eines ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform besteht, das im Gegensinn zum Innenrührwerk gewunden ist, über Tragstangen an den Kopfarmen befestigt sind, wobei die Außen- und Innenkanten der Rührwerke den Wänden des Kessels bzw. des Rohres mit kleinem Spiel gegenüberliegen.

Da das Innenrührwerk aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet wird und über Tragstangen an mit der Antriebswelle verbundenen Kopfarmeri befestigt ist, ist es völlig schwingungssicher gelagert, weil jede Windung des Bandmaterials an den Tragstangen fixiert ist. Überdies ist es nicht mehr erforderlich, die Antriebswelle durch den Innenraum hindurchzuführen. Es genügen vielmehr mit den Kopfarmen verbundene Wellenstummel, so daß der gesamte Innenraum bei gleichen Außenabmessungen eine hö-

here Aufnahmekapazität für das zu behandelnde Material aufweist und, da er frei bleibt, eine wirkungsvollere Durchmischung ermöglicht. Da zwischen der Außenkante des Bandmaterials und der Innenwand des Flüssigkeitsrohres nur ein kleines Spiel besteht, kann das Innenrührwerk zugleich ständig sich an der Wand des Flüssigkeitsrohres absetzendes Material abkratzen, so daß besondere Kratzer nicht erforderlich sind. Das abgekratzte Material wird zugleich wirkungsvoll der Rührwirkung unterworfen. Das Außenrührwerk besteht ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform und ist im Gegensinn zum Innenrührwerk gewunden. Dadurch wird ein wirkungsvoller Umlaut des Materials durch den gesamten Reaktor sichergestellt, weil sich die Rührwirkungen von Innenrührwerk und Außenrührwerk im Sinne eines Materialumlaufes unterstützen. Auch das Außenrührwerk ist über Tragstangen an den Kopfarmen befestigt. Es ist deshalb ebenfalls gegen Schwingungen zuverlässig gesichert. Überdies liegen auch hier die Kanten der Rührwerke den Wänden des Kessels bzw. des doppelwandigen Rohres mit kleinem Spie! gegenüber, so daß sie selbst die erforderliche Kratzwirkung übernehmen können.

Zum Erhöhen der Rilihrwirkung kann es zweckmä-Big sein, zwei Außenrührwerke aus schraubenlinienförmig gewundenem Bandmaterial vorzusehen, die dann den gleichen Drehsinn aufweisen müssen, damit sie sich in ihrer Rührwirkung nicht beeinträchtigen, sondern unterstützen.

Auch kann es zweckmäßig sein, eines der zwei Außenrührwerke als Kratzflügel auszubilden, dessen Außen- oder Innenkante der Wand des Kessels odcr des doppelwandigen Rohres mit geringem Spiel gegenüberliegt. Ein solcher Kratzflügel vermag die Kratzwirkung der Rührwerke aus Bandmaterial wirkungsvoll zu unterstützen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 und 2 teilweise aufgerissen und im Schnitt perspektivische Ansichten von bevorzugten Ausführiingsformen,

Fig. 3 eine Einzelheit des Reaktors von F i g. 2 und

F i g. 4 einen Schnitt bei Linie 4-4 von F i g. 3.

Fig. 1 zeigt einen Kessel I, in dem konzentrisch zum Kessel ein Hohlzylinder als Flüssigkeitsrohr 2 angeordnet ist. Zur Heizung läßt man ein wärmeübertragcndes Mittel wie Dampf, Wasser oder besondere Wärmeträgermaterialien 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, T befestigt. Im Ringraum zwischen der Außenwand des FJüssigkcitsrohrcs 2 und der Innenwand des Kessels sind aus Bandmaterial in 6u Schraubenform hergestellte starre Außenriihrwerke 8 und 9 vorgesehen, deren Schraubenwindung zu der des Innenrührwerks S im Innenraum des Flüssigkeitsrohres 2 entgegengesetzt ist. Das Außenrührwerk 8 ist so angeordnet, daß seine Innenkanten durch senkrechte Tragstangen 10 und 10' getragen werden, die oben an den beiden Enden des Kopfarmes 7 befestigi sind. Zwischen der Außenkante des schraubenförmigen Rührwerks 8 und der Innenwand des Kessels I verbleibt ein kleiner Spielraum. Auf ähnliche Weise ist das Außeurührwerk 9 so angeordnet, daß seine Außenkante von senkrechten Tragstangen 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 Flüssigfceitsrohres 2 besteht ebenfalls ein Spielraum. Eine Antriebswelle 12 greift am Kreuzungspunkt der über Kreuz Siegenden Kopfarme 7, 7' an und erstreckt sich zu einem in der Figur nicht gezeigten Antrieb, und zwar durch eine öffnung im Kopfdeckel des Kessels 1. Durch Drehen der Antriebswelle 12 in beliebige Richtung werden die Kopfarme 7, 7', die Tragstangen 10, 10' und 11, 11' sowie die Rührwerke 5, 8 und 9, die alle fest mit der Antriebswelle 12 verbunden sind, gleichzeitig gedreht. Der Reaktor weist außerdem einen Beschickungseinlaß 13 für das zuzuführende Material und zwei Auslässe aut, die im nicht gezeigten KopfdecV .1 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 Beschickungseiniaß 13 am Bodeu 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 Materialien werden dann am oberen Auskß des Innenraums in ihrer Bewegungsrichtung umgekehrt und bewegen sich nun durch den Ring^raum 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 Kesseis angekommen, so werden sie mit dem Kessel 1 durch den Beschickungseiniaß 13 zugeführten frischen Materialien gemischt und bewegen sich wieder durch den inneren zylindrischen Raum des Kessels 1 nach oben, wie das bereits beschrieber, wurde. Nach mehreren solchen Wiederholungen des Maierialumlaufs 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 Reaktionslempcratur des Systems auI Grund der Reaktionswärme. Es muß deshalb eine geeignete Wärmestcuerung durch Heizen oder Kühlen vorgesehen wer lcn, wenn man ein gikes Polymerisationsverfahren erreichen will. Der beschriebene Reaktor verhindert alle Verschlechterungen des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung auf ein Minimum, die durch Anhaften und Ablagerung von Material auf den Hei/flächen auftreten könnten. Das ist eine Folge der Tatsache, daß der Reaktor größere Heizflächen aufweist, da er zwei konzentrische zylindrische Heizmäntel besitzt, nämlich das Flüssigkeitsrohc2 und den liuß-ren Heizmantel 14. Zusätzlich weist der Reaktor die aus Bandmaterial bestehenden Schrauben auf, die ständig neues Material zu den Heizflächen führen und das dort vorhandene Material durch die Kraftwirkung ihrer Kanten abstreifen, die den Heizflächen mit geringem Spiel gegenüberliegen.

F i g. 2, 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform. Hier ist das Innere der beiden Außcnrührwcrke, nämlich das Außenrührwerk 9, das der Außenfläche des Flüssigkcitsrohrcs 2 des Reaktors in Fig. 1 gegenüberliegt, durch ein Außenrührwerk 15 in Form eines Kratzflügels ersetzt. Der Kratzflügel 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 FlüssigkeüswidcrstHnd der bewegten Materialien vermindert.

Der Kratzflügcl ergibt eine bessere Kratzwirkung auf der Heizoberfläche als herkömmliche Flügel, da seine Spitze mit der Außenwand des Flüssigkeitsrohrcs den in Fig. 4 gezeigten spitzen Winkel bildet. Dadurch werden die auf der Heizfläche anhaftenden Materialien wirkungsvoll abgekratzt. Dei den in F i g. 7. gezeigten Reaktoren wird es kaum zu seitlichen Schwingungen des Innenrührwerks 5 im Innenraum des Kessels kommen, da ungewöhnliche Kräfte an den Kopfarmen 7 und T auf Grund des Tragens ties schraubenförmigen Außenrührwerks 8 im Ringraum nicht uiftretcn und der Flüssigkeitswiderstand des Kratzflügels vermindert ist.

Der beschriebene Reaktor zeichnet sich dadurch aus, daß der Misch- und IJbertragungs-Effekt auf das im Kessel zu behandelnde Material gegenüber herkömmlichen Reaktoren stark erhöht ist. Das ist eine lolgr der Tatsache, daß nicht nur ein Rührwerk in Form einer Schraube aus Bandmaterial im Innenraum des Flüssigkeitrohres 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-Arbcitsgänge in diesem Raum denen des Rührwerks im Innenraum :;ie unterlegen, und man erreicht so einen gleichmäßigen Umlauf der Materialien im Kessel.

Insbesondere werden die guten Eigenschaften des Reaktors selbst dann erzieh, wenn der Kessel großer und langer gemacht wird, um seine Kapazität zu erhöhen und so eine bessere und gleichmäßigere Polymcrisationswirkung zu erreichen.

Der Reaktor hat noch den zusätzlichen großen Vorteil, daß das Rührwerk im zylindrischen Inncnraum des Kessels keine seitlichen Schwingungen veranlaßt, die unerwünschte Auswirkungen auf den Polymerisationsvorgang haben könnten. Wird die Länge des aus Bandmaterial in Form einer Schraube bestehenden Rührwerks im Innenraum des Kessels

ίο bei zunehmender Kapazität des Reaktors vergrößert, so sind eher größere Scitenschwingungen auf Grund von kleinen Bewegungen der es tragenden oberen Kopfarme möglich. Diese seitlichen Schwingungen müssen während des Reaktorbetriebes so klein als möglich sein, da sie eine große Anzahl unerwünschter Auswirkungen auf die Polymerisationsreaktion haben, wie Zunahme des Leistungsbedarf für das Drehen des Rührwerks, Abnahme des Misch- und Förder-Wirkungsgrades des Rührwerks, Verfärbun-

ao gen des Erzeugnisses usw. Dies sind Folgen von Druckberührungen der spiraligen Rührwerkkantc mit der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs.

Diese Gefahr ist wirkungsvoll ausgeschaltet, da neben dem aus schraubenförmigem Bandmaterial bcstehenden Rührwerk im Inneren des Flüssigkeitsrohrs im Ringraum zwischen Kcsselwand und Flüssigkeilsrohr 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 Fliissigkcitsrohres mit kleinem Spiel gegenüberliegen. Es werden also ungleiche Flüssigkeitswiderstände für das Rührwerk im Ringraum durch diese Anordnung sehr vermindert werden. da sie wirkungsvoll 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 durcli die tragenden Kopfarme verbunden ist, nur selten auf Grund von dort her übertragenen Reaktionskräften in Schwingung kommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reaktor für hochviskoses Material, mit einem zylindrischen Kessel, einem die Außenwand des Kessels umgreifenden Heiz- oder Kühlmantel, einem zum Kessel konzentrischen, im Querschnitt ringförmig doppelwandigen Rohr mit Anschlüssen für den Durchfluß eines Wärmeaustauschmittels, einem im zylindrischen Innenraum des Kessels angeordneten Inrienrührwerk und mehreren im Ringraum zwischen Kesselwand und Rohr angeordneten Außenrührwerken sowie einem Beschickungseinlaß und Auslassen unten bzw. oben am Kessel, dadurch ge- -.5 kennzeichnet, daß das InnenrUhrwerk (5) aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet wird, das über Tragstangen (6, 6') an an einer Antriebswelle (12) angebrachten Kopf armen (7, 7') so befestigt ist, daß zwischen der Außenkante des Bandmaterial und der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs (2) ein kleines Spiel besteht und daß die Außenrühnverke (8, 9, 15), von denen mindestens eines ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform besteht, das im Gegensinn zum Innenrührwerk gewunden -st, über Tragstangen (10, 10', 11, 11') an den Kopfarmen (7, 7') befc stigt sind, wobei die Außen- und Innenkanten der Rührwerke den Wänden des Kessels (1) bzw. des Rohres (2"; mit kleinem Spiel gegenüberliegen.

2. Reaktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei A.ußenr'-hrwerke (8, 9) aus in gleichem Drehsinn schraubenlinienförmig gewundenem Bandmaterial vorgesehen sind.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Außsnrührwerken (8, 15) eines (15) aus einem Kratzflügel beisteht, dessen Außen- oder Innenkante der Wand des Kessels (1) oder des doppelwandigen Rohres (2) mit geringem Spiel gegenüberliegt.