DE2258348A1 - Verfahren zur homogenisierung von mischgut - Google Patents
Verfahren zur homogenisierung von mischgutInfo
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Description
Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. Y., USA
Corning, N. Y., USA
Verfahren zur Homogenisierung von Mischgut
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gründlichen Durchmischen und Homogenisieren von fliessbaren Materialmischungen, z. B. in Form von Pulver, Körnern, Schmelzen usf.
Eine gründliche- Materialdurchmischung und Homogenisierung
ist auf vielen Anwendungsgebieten erforderlich, so beispielsweise zur Herstellung von schlierenfreiem Glas aus gut homogenisierten
Glasschmelzen. Herstellungsfehler sind hier oft die Folge unzureichender Durchmischung und Homogenisierung
des Ansatzes oder des Ausgangsmaterials, die ihrerseits zu ungleichmässiger Konzentration der einzelnen Mischungskomponenten
und im Falle von Schmelzen zu ungleichmässiger Viskosität führen.
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Die bisher meist übliche Durchmischung mit angetriebenen Rührern ist im Ergebnis unbefriedigend. So muss die Mischmasse
für den Rührvorgang eine freie Oberfläche haben, von der flüchtige Bestandteile entweichen und dabei Blasen erzeugen.
Die Auslegung der Rührer erfolgt meist empirisch, sodass sie bei .Änderung der Mischerfordernisse unbrauchbar werden.
Schliesslich ist beim Mischen von Schmelzen der Energieaufwand bei grösserer Viskosität zu hoch; die Brauchbarkeit
ist hier daher auf niedrigere Viskositäten beschränkt.
Bekannt sind auch statische Rührer, ζ. B. gemäss USA-Patent
3,286,992 und 5,259,197.
Es besteht jedoch ein Bedürfnis nach noch gründlicherer Durchmischung
und Homogenisierung bei möglichst raschem bzw. hohem Durchsatz des Mischguts. Die Schaffung eines dies erreichenden
Verfahrens ist Aufgabe der Erfindung.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der zu einer Auslassöffnung fliessende Materialstrom in einem begrenzten Raum in mehrere
Teilströme aufgeteilt und diese versetzt werden, diese wiederum mehrmals unterteilt und jedesmal versetzt werden, so
dass zahlreiche Schichten immer geringerer Dicke entstehen, bis durch Diffusion in den verdünnten Schichten an der Auslassöffnung
die gewünschte Homogenität erzielt ist.
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Das Verfahren wird anhand eines Anwendungsbeispiels zur Homogenisierung
von Glasschmelzen zwecks Erzielung schlierenfreier Gläser näher beschrieben. Die Zeichnung erläutert dieses
Beispiel und zeigt die Homogenisierung beim Austritt aus einem Vorratsbehälter, der Schmelzwanne oder dergleichen.
Die Glasschmelze 12 fliesst aus dem Behälter 10 nach unten
durch ein Abgaberohr 14 und die Auslassöffnung 16 in eine
Form 18. Mehrere ortsfeste Mischflügel 20 oder andere geeignete Leitbleche sind in dem Abgaberohr angebracht.
Der noch Schlieren oder andere Inhomogenitäten enthaltende Glasfluss wird in Teilen in mehrfacher Aufeinanderfolge gespalten
bzw. in mehrere Teilströme aufgeteilt und durch meh-r
rere Teilungsbleche oder dergleichen bogenförmig durch Drehung oder seitlich während des Durchgangs durch das Abgaberohr
versetzt. Beim Eintritt der Glasströmung in das Abgaberohr wird dieses durch die voreilende Flanke des ersten Strömungsleitelements 20 in zwei Strömungen aufgeteilt; die so
gebildeten Schichten werden rotiert oder seitlich Versetzt und verdünnt, und zwar beträgt die Verdrehung etwa die Hälfte
der Drehung der Teilungsplatten, d. h. bei Teilungselementen
mit einer Drehung von 180° entsteht eine Verdrehung der Strömung
um 90°. Die an der unteren Kante des ersten Teilungselements wieder vereinigten Teilströme werden durch die vor-
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eilende Flanke des nächsten Elements sofort wieder geteilt und dabei wieder bogenförmig oder seitlich versetzt und verdünnt.
Dieser Vorgang wiederholt sich nach Massgabe der Zahl der Teilungselemente, wobei viele Glasschichten abnehmender
Dicke entstehen, bis schliesslich die Teilschichten so dünn sind, dass die Diffusion an der Auslassöffnung eine homogene
Strömung erzeugt.
Die zur Homogenisierung benötigte Mindestzahl von Teilungselementen
schwankt je nach der in der eingeführten Schmelzmasse vorhandenen, unterschiedlichen Viskosität, der Inhomogenität
des Ansatzes, sowie dem Durchmesser des Abgaberohrs. Die durch Teilung entstehende Schichtzahl steht mit der Zahl der Teilungselemente
in exponentieller Beziehung zur Zahl der Teilungselemente in dem Abgaberohr, und zwar entstehen bei η Elementen
2n Schichten. Für die Strömung in einem begrenzten Eaum, wie dem Abgaberohr ist die Sollstärke oder Dicke t der
Schichten t = ——, worin t = Schichtdicke, d = Durchmesser des begrenzten Raums und η * Zahl der Teilungen entsprechend den
verwendeten Teilungselementen. Bei einem Abgaberohr mit z. B. 21 Elementen wird die Strömung in Schichten aufgeteilt, deren
Dicke das 0,5 x 10"" -fache des Durchmessers des Glasabgaberohrs
ist. Da die Homogenität der abgegebenen Glasschmelze in unmittelbarer Beziehung zur Dicke der letzten, vom letzten
Teilungselement erzeugten Schichten steht, erfordert ein ver-
- 5 309825/0766
gleichsweise grosses Abgaberohr zahlreichere Teilungen oder Teilungselemente, um die gewünschte Homogenität zu erzeugen.
Beispielsweise genügen bei einem Abgaberohr mit nur 5/8" =
15,8 mm Durchmesser 25 Teilungselemente, um ein im wesentlichen
schlierenfreies Glas zu erzeugen.
Die Diffusion der Ansatzstoffe in der Schmelze hängt von der
Dicke der entstehenden benachbarten Schichten und ihrer Kontaktdauer ab. Die Prognose der für eine vollständige Diffusion
erforderlichen genauen Zahl der Strömungsteilungen ist daher
sehr schwierig. Dünne Schichten begünstigen die Diffusion. Jedoch ist die Bestimmung der theoretisch benötigten Strömungsteilungen mit der folgenden Gleichung möglich:
η -
worin d = Durchmesser des begrenzten Raums für die Strömung, t = die in dem begrenzten Raum zur Verfügung stehende Diffusionszeit,
D = der Diffusionskoeffizient für die in der Schmelze enthaltenen Stoffe unterschiedlicher Konzentration,
O.Q = die Anfangskonzentrationsdifferenz der Inhomogenität.,
0 = Konzentrationsdifferenz .guter, schlierenfreier Homogenität,
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Neben der Zusammensetzung soll auch die Viskosität gleichmassig
homogen sein. Da die Glasviskosität im umgekehrten Verhältnis zur Temperatur steht, kann die Abgabeviskosität
an der Auslassöffnung 16 durch einen um einen Teil des Abgaberohrs gelegten und durch die Ein- und Auslässe 24 mit
Kühlmittel versorgten Mantel 22 oder durch Wärmezufuhr, z. B. Heizspiralen 26, geregelt werden. Es genügt bereits ein
um den Bereich von zwei bis vier Teilungselementen gelegter
Mantel. Durch Kühlen oder Erwärmen kann die Viskosität gesteigert oder verringert werden. Die gewünschte Homogenitätsverteilung auch hinsichtlich der so eingestellten Viskosität
wird durch die erfindungsgemässe Durchmischung dupch Teilung und rotierende oder seitliche Versetzung der Teilströmungen
und Mischen der äusseren und inneren Glasmasse gewährleistet.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung ohne Beschränkung erläutern.
Ein statischer Mischer mit einer lichten Weite von 5i3 cm und
11 um 180 verdrillten Leitelementen aus Platin mit einer Länge von je 12,7 cm und einer Gesamtlänge des Mischers von
etwa 140 cm und zwei im Abstand angeordneten Heizspiralen und Kühlmänteln am unteren Ende, wurde von oben mit Bleiglas
einer Temperatur von 1230 und einer Geschwindigkeit von 300 lb/Std. beschickt. Zunächst wurde der Mantel mit Luft ge-
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kühlt und das radiale Temperaturprofil am Auslassende mit
einem fninktf okussierenden., optischen Pyrometer gemessen. Die
Temperatur der Strömung "betrug 1015° ± 100J der kälteste Teil
der Strömung befand sich, in einem etwa 3? 2 mm breiten Band in
der Mitte. Bei der angegebenen Durchsatzgeschwindigkeit bedeutet dies einen 10-mal höheren Wärmeaustausch gegenüber bekannten
Mischern. Glas mit gleiehmässiger Temperatur wurde durch Umschalten der Kühlung auf dem oberen Kühlmantel erreicht.
Die Länge der Kühlkammer entsprach annähernd der Iiänge von zwei Leit element en. Durch Kühlen iron zwei Elementlängen
und isothermische Homogenisierung iron zwei weiteren Elementlängen
wird also selbst bei derart hohem Durchsatz eine gute thermische Homogenisierung erzielt, d. h. der abgegebene Materialstrom
zeigt keine Temperaturunterschiede.
In einem weiteren "Versuchsbeispiel wurde mit einem 23 Strömungsleitelemente
enthaltenden Mischer ein Aluminium-Biosphatglas
bei 1325° und einem Durchsatz von 20 - 25 Ib/Std. homogenisiert.
Es entstand schlierenfreies Glas optischer Qualität.
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Claims (8)
- Pat ent ansprücheι IJ Verfahren zur Homogenisierung von Mischmassen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu einer Auslassöffnung1 fliessende Materialstrom in einem begrenzten Raum in mehrere Teilströme aufgeteilt und diese versetzt werden, diese wiederum mehrmals unterteilt und jedesmal versetzt werden, so dass zahlreiche Schichten immer geringerer Dicke entstehen, bis durch Diffusion in den verdünnten Schichten an der Auslassöffnung die gewünschte Homogenität erzielt ist*
- 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme durch Rotieren bogenförmig versetzt werden.
- 3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung in Schichten mit der maximalen Dicke t = — unterteilt wird, wobei t = Schichtdicke, d * Durchmesser des begrenzten Raums und η = Zahl der Unterteilungen.
- 4. Verfahren gemäsn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung in dem begrenzten Raum wenigstens η-mal unterteilt wird, wobeiJT \ / DtLon Z
οworin d = Durchmesser des begrenzten Raums, t = Diffusionsdauer im begrenzten Raum, D = Diffusionskoeffizient der Stoffe unterschiedlicher Konzentration, G = Anfangskonzentrationsdifferenz der Inhomogenität, C = Konzentrationsdifferenz entsprechend der Sollhomogenität. - 5. Verfahren gemäss Ansprüchen 1-4-, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kühlen und/oder Wärmezufuhr die Viskosität der MateriaLströmung beim DurchLaxif durch den begrenzten Raum geregelt wird.
- 6. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme nach jeder Teilung um 90° versetzt werden.
- 7. Verfahren gemäss Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströmung abwechselnd in jeweils entgegengesetztem Sinne rotierend versetzt werden.- 10 o'Ü982b/076b
- 8. Verfahren gemäss irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Herstellung von schlierenfreiem Glas.3Ü9825/0766
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