DE2302002A1

DE2302002A1 - Selbstreinigendes ruehrwerk

Info

Publication number: DE2302002A1
Application number: DE2302002A
Authority: DE
Inventors: Hikokusu Kajimoto; Takafumi Shimada
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1972-01-19
Filing date: 1973-01-16
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2168470A1; FR2168470B1; IT978251B; DE2302002B2; GB1414895A; JPS4877446A; JPS5140652B2; US4004785A; DE2302002C3

Description

PATENTANWÄLTE HIN KEL - KERN — FEILER — HÄNZEL-- MÜLLER

MPlHL Ml"I..-I\(i. I)R. RER. NAT. DH'L.-INCi. . »IPL.-ING.

.„.rVmm.'· Vi. IPs«.·» MCNcHiN D-8000 MÜNCHEN 90 Postscheck= mchn .62. ₄t-u.

Mitsubishi Jukogyo
Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan

1 a JAN. 1973 Selbstreinigendes Rührwerk

Die Erfindung betrifft ein Misch- oder Rührwerk für Fluide bzw. Flüssigkeiten, Schlämme und Pulver, beispielsweise als Vorrichtung zur Beschleunigung einer Polymerisations-Reaktion bei der Herstellung von Polymeren aus polymerisierbaren organischen Verbindungen, z.B. Kohlenwasserstoffen der Vinyl- und konjugierten Dien-Reihe. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein neuartiges Rührwerk, das so ausgebildet ist, daß der Wärmeaustausohgrad mit den verarbeiteten Stoffen erhöht und das Anhaften von Polymeren, Gelen, kristallinen Feststoffen und anderen Feststoffen an den Rührgliedern und an der Innenwand des Behälters verhindert werden kann, was bisher Schwierigkeiten im Betrieb von Rührwerken darstellte.

Im Betrieb eines Rührwerks wurde bisher im allgemeinen das sogenannte Engabstand-Verfahren oder ein Heizflächen-Abstreifverfahr en angewandt, um den Wärmeaustauschgrad zwischen einer Heizfläche, etwa der Vorrichtungswand, und einem zu behandelnden Material zu erhöhen, wobei ein Rührglied in sehr dichter Hähe zur Heizfläche betrieben oder

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das zu behandelnde und dicht an der Heizfläche befindliche Material durch das Rührglied abgestreift wird. Durch diese Vorrichtungsart kann bekanntlich der Wärmeaus taus ch_jgrad erheblich erhöht und außerdem das Anhaften des Behandlungsguts an der Vorrichtungswand verhindert werden. Während sich bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art die Erhöhung des Wärmeaustauschgrads und die Verhinderung des Anhaftens des Stoffs an der Vorrichtungswand im allgemeinen befriedigend erreichen läßt, können diese Wirkungen jedoch in der Praxis nicht zwischen dem Rührglied und dem behandelten Material erwartet werden.

Nun ist als Rührglied bereits ein sogenannter selbstreinigender Rührer - speziell im Hinblick auf die Verhinderung des Anhaftens - entwickelt worden, der aus einer Anzahl von Rührgliedern besteht, die so konstruiert sind, daß das an der Fläche des einen Rührglieds haftende Material durch das andere Rührglied davon entfernt werden kann. Ein derartiger Rührer ist aber auf spezielle Formen beschränkt,

Rührar

und es befinden sich nur sehr wenige/dieser Art im praktischen Gebrauch. Zudem sollte selbstverständlich das Anhaften dee Materials nicht nur am Rührer, sondern gleichzeitig auch an der Vorriohtungswand verhindert werden. Die bekannte, erwähnte Vorrichtung dieser Art weist den Nachteil auf, daß das tatsächlich vom Material ausfüllbare Effektiwolumen infolge der durch die Konstruktion des Rührers bedingten Einschränkung sehr klein ist. Soweit bekannt, ist keine der bekannten Vorrichtungen im Hinblick auf das Erfordernis zufriedenstellend, daß sowohl die Vorrichtungswand als auch der Rührer gleichzeitig gereinigt werden bei gleichzeitig großem Effektiwolumen an Material. Ein Rühren ist für zahlreiche Zwecke erforderlioh, also nicht nur zur Erhöhung des Wärmeauetausohgrads und zur Verhinderung des Anhaftens von Material, wie erwähnt, sondern auch zur Vergleiohmäßigung der Konzentration

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und Temperatur eines behandelten Stoffes, zur Erhöhung der BewegungsgesGhwindigkeit des Stoffs, zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit des Stoffs und zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung desselben. Keine der bekannten Vorrichtungen vermochte alle diese Aufgaben gleichzeitig zufriedenstellend zu erfüllen.

Der Erfindung liegt mithin in erster linie die Aufgabe zugrunde, ein Rührwerk zu schaffen, das neben der Hauptaufgabe des Rührens gleichzeitig eine vollständige Selbstreinigungsfunktion gewährleistet und gleichzeitig ohne Einschränkung für beliebige zu rührende Mengen und Volumina verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit der im folgenden in Einzelheiten beschriebenen Konstruktion gelöst, bei welcher in einem zylindrischen Behälter mehrere drehbare Wellen, die keine gemeinsame Drehachse besitzen, und eine gleich große Anzahl von Rührgliedern vorgesehen sind, die Jeweils von den Drehachsen der-Wellen entfernt angeordnet sind und geringen Abstand voneinander besitzen oder sich leicht berühren. Diese Rührglieder sind vorzugsweise so angeordnet, daß bei der Drehbewegung die Außenkanten des in Radialriohtung äußersten Rührglieds/sehr dicht an der Innenwand liegenden Stellen sehr dicht an dieser Innenwand des zylindrischen Behälters angeordnet sind oder diese Innenwand leicht berühren. Jedes Rührglied ist mit Jeder drehbaren Welle in der Weise verbunden, daß es sich als Ganzes um die gleiche Drehachse der Welle herum dreht, gleichzeitig aber in der gleichen Richtung und mit der gleichen Winkelbewegung wie die drehbare Welle um seine eigene Achse umläuft. Zur Gewährleistung einer vollständigen Selbstreinigung werden die Rührglieder und die drehbaren Wellen vorzugsweise so angeordnet, daß gerade Linien, welche jeweils die Mittelpunkte der Drehung der

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Rührglieder um ihre eigenen Achsen mit den Mittelpunkten der körperlichen Drehung der Rührglieder um die Drehachsen der zugeordneten Drehwellen verbinden und die in einer senkrecht zu den Drehwellen verlaufenden Ebene liegen, parallel zueinander zu liegen kommen. Außerdem sollte die Anordnung so getroffen sein, daß dann, wenn sich die betreffenden Drehwellen in dieselbe Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen, die betreffenden Rührglieder sich in ihrer Drehbewegung nicht gegenseitig behindern. Mit dem auf vorstehend umrissene Weise kontruierten^lührwerk läßt sich die oben aufgezeigte Aufgabe ohne Einschränkung im Hinbliok auf den praktischen Einsatz voll befriedigend lösen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Ee zeigen:

Fig. 1 eine söhematische Darstellung zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips einer Vorrichtung nach der Erfindung ,

Fig. 2 »inen lotrechten Schnitt durch die Achse einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 einen lotrechten Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4, 6 und 8 lotrechte Schnitte durch die Achsen abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 5, 7 und 9 lotrechte. Schnitte längs der Linien 7-V, VII-VII bzw. IX-IX in Fig. 4, 6 bzw. 8.

Fig. 2 zeigt einen lotrechten Längsschnitt und Fig. 3

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einen Querschnitt längs der linie III-III in Fig. 2 durch eine Ausführungsform der Erfindung. Das Rührwerk weist einen Hantel 2 mit einem Heizmediumeinlaß sowie Auslässen 13, 14 und einen zylindrischen Behälter 1 mit Einlaß 15 und Auslaß 16 für ein zu behandelndes Material auf. An den beiden Enden des zylindrischen Behälters 1 aind in Lagern 11, 12 zwei Drehwellen 7 bzw. 8 gelagert. Dieses neuartige Rührwerk wird im folgenden in Verbindung mit zwei Drehwellen zur Durchführung der Rührfunktion erläutert. Im zylindrischen Behälter 1 sind rohrförmige Rührglieder 3, 4 in der Weise angeordnet! daß sie geringen Abstand von der Innenwand des Behälters 1 besitzen oder in leicher Berührung damit stehen. Diese Rührglieder 3, 4 sind unabhängig mit den Drehwellen 7 bzw. 8 in der Weise verbunden, daß sich das Rührglied 4 und die Drehwelle 8 jeweils mit gleicher Winkelgeschwindigkeit in die gleiche Richtung drehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rührglieder 3. 4 gegenüber den Drehachsen der Drehwellen 7, 8 versetzt angeordnet. Die Drehwellen 7, 8 sind derart mit der Antriebseinrichtung verbunden, daß sie mit gleioher Drehzahl in die gleiche Riohtung angetrieben werden. Die beiden Enden der Rührglieder 3, 4 sind jeweils unter einem vorbestimmten Winkel zur Achse des zylindrischen Behälters 1 geneigt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß sich die Rührglieder bei Drehung durch die betreffenden Drehwellen gegenseitig nicht behindern. Ersichtlioherweise ist der Neigungswinkel der Rührglieder Einschränkungen unterworfen. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt der zylindrische Behälter 1 eine praktisch dicht dem Außenumriß der kombinierten (geometrischen) Orte der Drehbewegungen der Rührglieder 3, 4 angepaßte Quersohnittsform.

Im folgenden sind die Arbeitsweise und die Wirkung der auf vorstehend beschriebene Weise erfindungagemäß aufgebauten Vorrichtung anhand von Fig. 1 erläutert. Fig. 1 ist eine vereinfachte schemafcisohe Darstellung der in Fig. 8 darge-

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stellten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise. Die Rührglieder 3, 4 drehen sich jeweils als Ganzes längs der durch die strichpunktierten Linien angedeuteten Kreisbahnen in die gleiche Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Drehwellen 7, 8 um deren Drehachsen 0,P. Außerdem äreht sich jedes Hührglied 3» 4 während der körperlichen Drehung um die Drehachse der zugeordneten Drehwelle in derselben Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit um seine eigene Achse. Fig. 1 zeigt das Stellungsverhältnis der Achsen a.., b₁ der Rührglieder 3, ,4, wobei diese Achsen bei der Drehung der Drehwellen Winkelverschiebungen auf a₂» b₂? a,, b, und ^a4.» ^4. durchführen. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen linien, welche jeweils die Drehachsen der Rührglieder

bei ihrer Drehung um ihre eigenen Achsen mit den Achsen der körperlichen Drehung derselben um die Drehachsen der zugeordneten Drehwellen herum verbinden und welche in der Zeichnungaebene liegen, parallel zueinander. Ersiohtlioherweise wird bei den beschriebenen Bewegungen der Rührglieder das zu behandelnde Material, das sich in der Nähe der gesamten Oberfläche der Rührglieder befindet, bei jeder Umdrehung der Rührglieder vollständig von diesen Oberflächen abgestreift, so daß ein vollständiger Selbstreinigungseffekt erzielt werden kann. Außerdem bewirkt die körperliche Drehbewegung der Rührglieder 3, 4 über die gesamte Innenfläche des zylindrischen Behälters 1 hinweg eine merkliche Wirkung bei der makroskopischen Vergleichmäßigung der Temperatur und der Konzentration des Behandlungsguts, während die Drehbewegung derselben um ihre eigenen Achsen herum, bei der es sich um eine große Relativbewegung handelt, zur mikroskopischen Vergleichmäßigung von Temperatur und Konzentration beiträgt. Der Rührvorgang mittels der Rührglieder bringt mithin eine sehr vorteilhafte Vergleichmäßigung der Temperatur und Konzentration hervor. Es ist offensichtlich, daß bei einer mit engem Abstand bzw. mit

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Abstreif wirkung arbeitenden Vorrichtung, wie dem erfindungsgemäßen Rührwerk, der Wärmeaustauschgrad erhöht und das Anhaften von Behandlungegut höchst wirksam verhindert werden kann. Außerdem kann bei dem vollständig selbstreinigenden erfindungsgemäßen Rührwerk ersiohtlicherweise nioht nur der Wärmeaustausohgrad zwischen dem Gut und der Vorrichtungswand erhöht werden, sondern können auch die Rührglieder höchst wirksam für den Wärmeaustausch zwischen ihnen und dem Behandlungsgut herangezogen werden, wenn ein hohler Aufbau für sie verwendet wird und ihre Oberflächen als Heizflächen benutzt werden, indem ein Heizmedium über Drehanschlüsse durch die hohlen Rührglieder hindurchgeleitet wird.

Im folgenden sind nunmehr andere, auf dem Grundgedanken der Erfindung berührende Ausführungsformen beschrieben. Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Rührwerk ist eine abgewandelte Ausführungsform von Rührgliedern vorgesehen. Genauer gesagt, besitzen diese Rührglieder jeweils spiralige Form, so daß sie die radiale Umwälzbewegung sowie die Axialverlagerung des Behandlungsguts begünstigen. Bei dieser Ausführungsform sind drei Rührglieder 3, 4, 5 im zylindrischen Behälter angeordnet, welche, wie aus der Sohnittansicht von Fig. 5, die längs der linie V-V in Fig. 4 geführt ist, hervorgeht, eine Art von Spiralband aus einer Reihe von Rohren bilden. Ersichtlicherweise besitzt dieses Rührwerk eine beträchtliche Rührwirkung.

Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Konfiguration des Behälters durch die Konstruktion der Rührglieder bestimmt wird oder umgekehrt. Ein Behälter von konischer Form wird häufig in den Fällen angewandt, in denen beim Rühren von hoch viskosen Flüssigkeiten oder Pulvern eine starke Rühr- und Mischwirkung gewünscht wird} bei der dar-

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gestellten Ausführungsform sind nun Kührglieder vorgesehen, die für die Verwendung in einem solchen Behälter geeignet sind. Genauer gesägt, sind hierbei spiralige Rührglieder vorgesehen, deren Spiralform sich in ihrem Durchmesser in Axialrichtung des Behälters fortschreitend ändert.

In den Fig.. 8 und 9 ist eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Form der Rührglieder .nicht nur auf die kreisförmige Querschnittsform der Ausführungsform gemäß Eig. 2 und 3 be-.schränkt ist und bei welcher mehr als zwei Drehwellen vorgesehen sein können. Diese Ausführungsform verdeutlicht, daß die Selbstreinigungswirkung mit einer als elliptischer Kontakt bezeichneten Berührung erzielt werden kann, indem Rührglieder 3, 4, 5, 6 von elliptischem Querschnitt angewandt werden. Außerdem ist hieraus ersichtlich, daß die Vorrichtung mit mehr als zwei Drehwellen in ihrer Konstruktion im wesentlichen der Vorrichtung mit zwei Drehwellen entspricht.

Die vorstehend in Einzelheiten beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung bietet gleichzeitig die vorteilhafte Wirkung der Verteinderung des Anhaftens des Behandlungsguts infolge der praktisch vollkommenen Selbstreinigungsfuktion der Vorrichtungswand und der Rührglieder, während sie gleichzeitig den Wärmeaustauschgrad infolge des engen Abstands bzw. des Abstreifens der Oberfläche beträchtlich erhöht und zudem Temperatur und Konzentration des Behandlungsguts in hervorragender Weise vergleichmäßigt. Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung ersichtlicherweise den Vorteil, daß sie einfach aufgebaut ist und daß der Volumenwirkungsgrad praktisch frei gewählt werden kann. Diese Vorteile gemäß der Erfindung machen das Rührwerk besonders geeignet zur Verwendung als Polymerisations-Reaki.ionsvorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei spiela-

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weise vorteilhaft als Reaktionsvorrichtung für die Herstellung von Polyvinylchlorid nach dem Suspensions- und Ohargen-Polymerisationsverfahren benutzt werden, bei welchem eine Tendenz für ein starkes Anhaften des gebildeten Polymeren und für die Erzeugung einer großen Reaktionswärmemenge besteht. Außerdem kann sie als Reaktionsvorrichtung für die Herstellung von Polypropylen nach dem lösungsmittelsehlamm-Polymerisationsverfahren, für die Herstellung von Kohlenwasserstoff-Polymeren der Dien-Reihe nach dem Lösungs-Polyraerisationsverfahren, bei welchem eine Tendenz für die Bildung und das Anhaften von verseiften Verbindungen besteht, und für die Herstellung von Mischpolymeren, wie Polystyrol, kautschukmodifiziertem Polystyrol, Acrylnitril-Styrol und Acrylnitrilbutadien-Styrol, nach dem Chargen-Polymerisationsverfahren benutzt werden.

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Claims

Patentanspruch

Selbstreinigendes Rührwerk, dadurch gekennzeichnet , daß in einem zylindrischen Behälter (1) mehrere Drehwellen (7, 8) angeordnet sind, die keine gemeinsame Drehachse besitzen und eine Anzahl der Drehwellen entsprechende Anzahl von Rührgliedern (3, 4, usw.) aufweisen, die im Behälter an radial von den betreffenden Drehwellen entfernten Stellen angeordnet sind und geringen Abstand voneinander besitzen öder in leichter Berührung miteinander stehen, daß das in Radialrichtung äußerste Rührglied (3) geringen Abstand von der Innenwand des zylindrischen Behälters besitzt oder in leichter Berührung damit steht und daß jedes Rührglied mit jeder Drehwelle in der Weise verbunden ist, daß es sich bei deren Drehung um seine eigene Achse dreht, während es gleichzeitig in dieselbe Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Drehwelle um dreen Drehachse herumläuft, wobei die Rührglieder einander bei der Drehbewegung nicht behindern.

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