DE2128468B2

DE2128468B2 - Mischer

Info

Publication number: DE2128468B2
Application number: DE2128468A
Authority: DE
Inventors: Baden Mcdowall Kingston Ontario Pinney (Kanada)
Original assignee: DuPont Canada Inc
Current assignee: DuPont Canada Inc
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS5131531B1; FR2096045A5; DE2128468A1; DE2128468C3; GB1315741A; US3717330A

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekannter Mischer (US-PS 6 17 735) weist in einem horizontal verlaufenden länglichen Gehäuse zwei ineinandergreifende, zueinander leicht geneigte Schnecken auf, die das zu mischende Gut von einem an einem Ende der Schnecken befindlichen Zuführtrichter zum Äustragsende der Schnecken fördern. Als Folge dieser Ausbildung ist keine mit Rezirkulation arbeitende Mischzone vorhanden, die eine Trennung flüchtiger und nichtflüchtiger Materialien ermöglicht, da das Material zwischen den Schnecken zusammengedrückt wird, aber nicht zwischen ihnen durchtreten kann, da ihre Flächen nahezu aneinander liegen. Daher kann das Material nur durch die Abgabeöffnungen am Ausgabeende des Gehäuses austreten und kann nur längs des Gehäuses unter den Schnecken und an den Seiten des Gehäuses hindurchtreten.

Bei einem weiteren bekannten Mischer (DE-PS 8 22 764) sind zwei parallel zueinander liegende, ineinandergreifende und an der Innenfläche des Gehäuses streifend anliegende Schnecken vertikal angeordnet Dieser Mischer ermöglicht wie der eingangs genannte Mischer ebenfalls eine Selbstreinigung, hat aber den Nachteil, daß bei der Verarbeitung von Materialien mit einem Anteil sehr flüchtiger Stoffe sehr leicht Schaumbildung oder Überflutung eintreten.

Bei einem anderen Mischer (GB-PS 1102433), bei welchem die beiden vertikal angeordneten und zueinander geneigten Schnecken aus gekrümmten Stäben bestehen, ist bekannt eine Schaumbildung und Überflutung zu verhindern, jedoch wird dabei keine Selbstreinigung durch die Schnecken erhalten.

Schließlich weist ein weiterer bekannter Mischer (US-PS 3151847) drei parallel nebeneinander in vertikaler Anordnung rotierende Schaufeln auf, die in einem zylindrischen vertikalen Gehäuse angeordnet sind, wobei die äußeren Schaufeln streifend an der Innenfläche des Gehäuses anliegen und an der Gehäuseoberseite ein Vakuum angelegt werden kann. Diese Anordnung ist wegen der drei erforderlichen Wellen und den zugehörigen Antriebszahnrädern verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und ermöglicht keine Selbstreinigung an der oberen Innenfläche des Gehäuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstreinigenden Mischer der eingangs genannten Art

ίο derart auszubilden, daß der Austritt flüchtiger Bestandteile aus der Mischung ermöglicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht Als Folge des freigelassenen Rotationsbereichs der Schnecken wird ein Sammelraum für flüchtige Bestandteile gebildet die dann aus einer am Deckel des Mischers angebrachten Entlüftung austreten, wobei dessenungeachtet die obere Wand des Gehäuses von den Schnecken unter Erzielung einer Selbstreinigung überstrichen wird.

Die erfindungsgemäßen Mischer wurden in erster Linie zur Beseitigung eines Problems entwickelt das bei der Endverarbeitung synthetischer Polymere von hoher Viscosität, wie z. B. Polyamide und Polyester, auftritt, die durch Kondensationspolymerisation ihrer Reaktionspartner hergestellt werden, so daß die folgende Beschreibung insbesondere auf Mischer gerichtet ist die zur Verwendung in einem solchen Endverarbeitungsvorgang und für den Endverarbeitungsprozeß selbst geeignet sind, obwohl für die erfindungsgemäßen Mischer zweifellos eine allgemeinere Anwendbarkeit zum Mischen viskoser Flüssigkeiten miteinander und gegebenenfalls zum Vermischen von Feststoffen und Flüssigkeiten miteinander, besonders wenn aus ihnen ein flüchtiger Bestandteil oder Nebenprodukt entfernt werden soll, vorliegt

Die Bezeichnung »Endverarbeitung« wird in der einschlägigen Technik allgemein auf die Endstufe der Polykondensation angewendet wenn der Polymeri sationsgrad und die Viskosität durch Erhitzen unter Bedingungen erhöht werden sollen, welche eine Verdampfung von Kondensationsnebenprodukten, wie Wasser, begünstigen. Diese Bedingungen werden oft als »Unterdruck«-Bedingungen bezeichnet worunter nicht nur Drücke niedriger als der atmosphärische Druck zu verstehen sind, sondern auch eine Herabsetzung des Partialdruckes der Kondensationsnebenprodukte durch die Verwendung einer inerten Atmosphäre. Im allgemeinen ist ein längeres Erhitzen erforderlich, was die Gefahr eines Abbaus des Polymeren mit sich bringt. Die bisherigen Endverarbeitungsvorrichtungen hatten zahlreiche Mängel, unter anderem oft den Aufbau von abgebautem Polymeren (Gel) an der Innenwand des Mischers und an den Mischelementen selbst.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ansicht des Mischers im Schnitt Fig.2, 3 und 4 Draufsichten im Schnitt nach den Linien 2-2,3-3 bzw. 4-4 in F i g. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Mischer besitzt ein Gehäuse mit einer Außenfläche 10 und einer Innenfläche 11, zwischen welchen sich ein Heiz- (oder Kühl-) Mantel 13 befindet und welche im wesentlichen die Form von zwei sich überschneidenden Kegelstümpfen mit parallelen Achsen haben, die zwei gleichläufige, gegenseitig eingreifende Schnecken 14 enthalten, die mit Wellen 15 verbunden sind, deren Achsen mit den Achsen der Kegelstümpfe zusammenfallen. Die Wellen

sind durch Dichtungen 16 am Austragsende 17 des Gehäuses geführt Eine obere Platte 27 enthält einen Mantel 28 für ein Heiz- oder Kühlungsmedium. Die Schnecken sind vertikal dargestellt, können jedoch auch geneigt angeordnet sein.

Die Schnecken 14 sind über ihre volle Länge selbstreinigend. Auch die ganze Innenfläche des Gehäuses einschließlich der oberen und der unteren Platte wird von den Schnecken gereinigt Selbstreinigende parallele Schnecken, sowohl eingängig als auch mehrgängig, sind an sich bekannt

Die Schnittsbene 3-3 entspricht der Ebene, in welcher die Kernradien der Schnecken gleich ihrem Mittenabstand sind. Die Geometrie der unteren Teile der Schnecken unterhalb der Schnittebene 3-3, ist derart, daß druckerzeugende Eigenschaften erzielt werden. Hochdruck kann wirksam nur etwa bis zum halben Weg nach oben zur Schnittebene 3-3 erzeugt werden.

In der druckerzeugenden Zone sind viele Arten von selbstreinigenden mehrgängigen Schnecken möglich, während in der Zone oberhalb der Schnitteb^ne 3-3, die als Mischzone bezeichnet wird, nur eine begrenzte Anzahl selbstreinigender Schneckenformen geeignet ist, von denen eine im Querschnitt in Fig.4 gezeigt ist. Oberhalb der Schnittebene 3-3 nimmt zwar der Durchmesser des kegelstumpfförmigen Gehäuses weiter zu, jedoch ist dies bei der Querschnittsfläche der Schneckenwendel nicht der Fall, so daß ein mittlerer Bereich 18 (siehe F i g. 4), der nicht von einem Teil der Schnecken 14 überquert wird, in der Gehäusemitte erhalten wird, und am oberen Ende der Schnecken auf ein Maximum zunimmt.

Das zu verarbeitende Material tritt in das Gehäuse am oberen breiteren Ende durch einen Einlaß 29 ein und wird unten am schmäleren Ende durch einen Auslaß 31 ausgetragen. Die zugeführten Bestandteile werden von den Schnecken 14 aufgenommen, zum Umfang in der Nähe der Innenfläche 11 bewegt und dann durch die Wischwirkung der Schnecken 14 nach unten in einen Sammelraum unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels 19 gedrückt, wobei ein dünner Flüssigkeitsfilm am oberen Teil der Innenfläche 11 und auf den Schnecken 14 bleibt. Dieser dünne Film, der ständig ergänzt wird, wird der Außenluft im Gehäuse ausgesetzt, so daß flüchtige Nebenprodukte entfernt werden können, die am oberen breiteren Ende durch eine Entlüftungsöffnung 30 austreten, die im wesentlichen fluchtend zum mittleren Bereich 18, der von den Schnecken 14 im oberen Teil des Gefäßes frei gehalten ist, liegt.

Das Material im Sammelraum wird von den Schnecken 14 längs der Innenfläche 11 nach unten gefördert. Etwas Material verläßt die Mischzone und tritt in die druckerzeugende Zone (unterhalb der Schnittebene 3-3) ein, in welcher es unter Druck gesetzt und durch den Auslaß 31 abgepumpt wird. Das restliche Material nimmt seinen Weg durch den mittleren Bereich 18 zwischen den Schnecken 14 nach oben und wird in der Mischzone erneut umgewälzt. Der Flüssigkeitsspiegel 19 kann erhöht werden, wenn mehr Mischen und Zirkulation erforderlich ist, oder abgesenkt werden, wenn der größere Teil des Gehäuses als Dünnfilmerzeuger und als Abschnitt zum Freisetzen des Dampfes wirken soll. Im übrigen wird der Fluß der Bestandteile und des Produkts durch das Gehäuse so eingeregelt, daß der Flüssigkeitsspiegel 19 konstant bleibt

Zur Behandlung einiger Materialien, die große Mengen Feuchtigkeit oder anderer flüchtiger Bestandteile, die von ihnen mitgeführt werden, aufweisen, kann der mittlere Bereich 18 eine Leitfläche enthalten, die so geformt ist, daß die Schnecken 14 ihre Oberfläche bestreichen.

Die Schnecken 14 können aus korrosionsbeständigem

to Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen und mit den Wellen 15 aus einem Stück gegossen oder getrennte Bauelemente sein. Der Steigungswinkel wird so gewählt, daß eine gute Reinigung der Schnecken und der Wand erzielt wird, ferner ein ausreichender Oberflächenbereich zur Förderung der Masse und eine angemessene mechanische Festigkeit In manchen Fällen können die Schwerkräfte ausreichen, den Materialfluß im Gehäuse nach unten herbeizuführen, in welchem Falle Schneckenelemente von unendlicher Steigung (mit einem Steigungswinkel von 90°) zumindest über einen Teil jeder Schnecke verwendet werden kann, wenn ein verminderter Oberflächenbereich hingenommen werden kann. Die Schnecken sind mit flachen Enden 32 dargestellt, weiche die Aufgabe haben, an der Deckenfläche 33 der oberen Platte 27 zu wischen, jedoch brauchen die Enden sich nicht bis zum oberen Ende des Gehäuses erstrecken, sondern beispielsweise nur bis zum Flüssigkeitsspiegel 19. Ein Spiel von der Größenordnung von 1—6 mm ist für eine F.ndverarbei-

jo tungsvorrichtung im allgemeinen zufriedenstellend, da dieses vorzugsv/eise eine Diffusion flüchtiger Nebenprodukte ermöglichen, jedoch die Bildung einer Ablagerung verhindern soll. In dem druckerzeugenden Abschnitt sind engere Spiele erforderlich, damit eine angemessene Unterdrucksetzung möglich ist.

F i g. 4 zeigt die Querschnitte von Schneckenwendeln 14A und 145, die je durch drei gleiche Kreisbögen mit dem Radius »a« begrenzt sind, welche Radien ihren Mittelpunkt an der jedem Kreisbogen gegenüberliegenden Stegkante haben und annähernd gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kegelstümpfe sind. Die Kreisbögen 2OA und 205 sind der Innenfläche 11 zugekehrt, während die übrigen Kreisbögen 21Λ und 215 sowie 22.A und 225 sich an den Stegkanten 23A und 235 überschneiden, die zum mittleren Bereich 18 hin gerichtet sind. Wenn sich die Schneckenwendeln 14Λ und 145 drehen (vgl. Pfeil) wischt die Stegkante 23Λ der Schneckenwendel 14Λ am Kreisbogen 205 der Schnecken wendel 145, bis die Stegkante 23 A die Stegkante 245 erreicht, worauf die Stegkante 245 am Kreisbogen 2iA der Schneckenwendel 14/1 zu wischen beginnt. Bei einer vollständigen Umdrehung der Schneckenwendeln 14^4 und 145 werden die drei Kreisbögen an beiden Schneckenwendeki zusammen mit der Innenfläche 11 gereinigt. Die Gestaltung kann so umorientiert werden, daß eine der Stegkanten zwischen den Kreisbögen der Innenfläche des Gehäuses benachbart ist, wodurch eine Kante erhalten wird, welche statt eines Kreisbogens die Innenfläche wischt, oder es kann die Geometrie der Schneckenwendeln so geändert werden, daß die Querschnitte der Schneckenwendeln eine kreisförmige Gestaltung haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mischer mit einsm Gehäuse, welches zwei selbstreinigende, ineinandergreifende Schnecken aufweist, die an der Innenfläche des Gehäuses streifend anliegen, wobei die Innenfläche des Gehäuses durch zwei nebenanderliegende und sich überschneidende Kegelstümpfe gebildet wird, der Außenumfang jeder Schnecke sich zum Austragsende hin verjüngt und die Schnecken im Bereich des Austragsendes des Gehäuses eine Druckerzeugungszone bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (14) gleichsinnig angetrieben sind, achsparallel zueinander liegen und im wesentlichen vertikal angeordnet sind, und ferner die Schnecken im oberen Abschnitt des Gehäuses als Schneckenwendel (14Λ HB) ausgebildet sind, die bei Rotation einen mittleren Bereich des Gehäusequerschnitts freilassen und daß in der oberen Deckenfläche (33) des Gehäuses eine Entlüftungsöffnung (30) vorhanden ist

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Schnecken die Deckenfläche (33) des Gehäuses ausschließlich der Entlüftungsöffnung (30) überstreichen.