DE2302002A1 - Selbstreinigendes ruehrwerk - Google Patents
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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
Kabushiki Kaisha
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
Mü/Bl/Ze
— 2 —
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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
- 3 309832/1072
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
- 4 — 309832/ 1072
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
- 7 309832/1072
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.
- 10 -
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Claims (1)
- PatentanspruchSelbstreinigendes 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.309832/1072
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