DE2302002C3

DE2302002C3 - Selbstreinigendes Rührwerk

Info

Publication number: DE2302002C3
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: 1975-08-28
Also published as: DE2302002A1; FR2168470B1; JPS4877446A; JPS5140652B2; DE2302002B2; IT978251B; GB1414895A; US4004785A; FR2168470A1

Description

a) die Rührglieder (3, 4, 5) sind mit radialem Abstand zu den jeweils zugehörigen Wellenachsen (O, P) verlaufend und mit senkrecht zur Behälterlängsachse kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet und aneinanderliegend angeordnet;

b) die radialen Abstände zwischen den Rührgliedern und den zugehörigen Wellenachsen in jeder Querschnittsebene sind gleich groß, und

c) die Verbindungsteile zwischen den Rührgliedern und den Wellen verlaufen in einem eine gegenseitige Behinderung ausschließenden spitzen Winkel zur Wellenachse.

Die Erfindung betrifft ein selbstreinigendes Rührwerk, bestehend aus einem geschlossenen, einen Guteinlaß und einen Gutauslaß aufweisenden länglichen Behälter, an dessen Stirnseiten wenigstens zwei parallel verlaufende, mit gleicher Drehzahl, in gleicher Drehrichtung und in gleicher Drehphase angetriebene Wellen gelagert sind, die mit Rührgliedern versehen sind, welche eine solche Form aufweisen, daß Huf benachbarten Wellen angebrachte Rührglieder während ihrer Bewegung ständig übereinanderstreichen, wobei die innere Behälterwandung der Bewegungsbahn des jeweils äußersten Rührglieds eng angepaßt ist.

Für zahlreiche Zwecke werden Misch- oder Rührwerke für Fluide bzw. Flüssigkeiten, Schlämme und Pulver benötigt, beispielsweise als Vorrichtung zur Beschleunigung einer Polymerisationsreaktion bei der Herstellung von Polymeren aus polymerisierbaren organischen Verbindungen, z. B. Kohlenwasserstoffen der Vinyl- und konjugierten Dien-Reihe. Dabei dient das Rühren nicht nur zur Vergleichmäßigung der Konzentration und Temperatur eines behandelten Stoffs, sondern auch zur Erhöhung des Wärmeaustauschgrads und zur Verhinderung des Anhaftens von Material an der Behälterwandung, zur Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Stoffs, zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit des Stoffs und zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung desselben. Mit keiner der im folgenden erläuterten bekannten Vorrichtungen lassen sich alle diese Aufgaben gleichzeitig zufriedenstellend erfüllen.

Um etwa den Wärmeaustauschgrad zwischen einer Heizfläche, etwa der Vorrichtungswand, und einem zu behandelnden Material zu erhöhen, wurde bei Rührwerken bisher im allgemeinen das sogenannte Engabstand-Verfahren oder ein Heizflächen-Abstreifverfahren angewandt, worunter zu verstehen ist,

xo daß ein Rührglied in sehr dichter Nähe zur Heizfläche betrieben oder das zu behandelnde und dicht an der Heizfläche befindliche Material durch das Rührglied abgestreift wird. Durch diese Vorrichtungsart kann de*· Wärmeaustauschgrad erheblich erhöht und außerdem das Anhaften des Behandlungsguts an der Vorrichtungswand verhindert werden. Während sich bei herkömmlichen Vorrichtungen die Erhöhung des Wärmeaustauschgrads und die Verhinderung des Anhaftens des Stoffs an der Vorrich-

ao tungowand im allgemeinen befriedigend erreichen läßt, können diese Wirkungen jedoch in der Praxis nicht zwischen dem Rührglied und dein behandelten Material erwartet werden.

Nun sind bereits Ruhreinrichtungen mit sogenann-

s5 ten selbstreinigenden Rührgliedern—speziell im Hinblick auf die Verhinderung des Anhaftens — bekannt, die so konstruiert sind, daß das an der Fläche des einen Rührglieds haftende Material durch das andere Rührglied mehr oder weniger gut entfernt werden kann. So sind beispielsweise beim Gegenstand der DT-AS 1062 001 zwei um ihre eigene Achse umlaufende, in einem konischen Mischbehälter parallel zur Mantellinie des Behälters gelagerte Schnecken als Rührglieder vorgesehen, die ineinander eingreifen und so eine gegenseitige Reinigung bewirken. Die beiden Rührschnecken werden außerdem gemeinsam um die Achse des kegelförmigen Behälters gedreht, so daß auch eine Reinigung des Wandbereichs des Behälters erreicht wird. Der gegenseitige Reinigungseffekt und auch eine Reinigung der Behälterinnenwand wird jedoch nur erreicht, wenn die ineinandergreifenden Teile sehr eng ineinandergreifen. Außerdem ist der Aufwand für den doppelten Antrieb relativ groß und es wird ein ungleichmäßigei Quetscheffekt auf die zu rührende Masse ausgeübt. Überdies läßt sich der Bereich der Grundfläche des konischen Behälters nicht durch die Rührglieder erfassen. Andererseits sind aus der CH-PS 504 889 und der FR-PS 1 226 289 Knetwerke mit ineinandergreifenden Schnecken bzw. paarweise aufeinander angepaßten Exzenterscheiben als Knetglieder im Inneren eines Knetbehälters bekanntgeworden, mit denen ebenfalls eine gegenseitige Reinigung einerseits dei Knetglieder, andererseits aber auch der Innenwand der Knetbehälter erreicht wird. Solche Knetwerke eignen sich aber nur für einen vergleichsweise sehi kleinen Mengendurchsatz und sie sind auch von dei ganzen Konzeption her auf große Walk- und Knetkräfte hin ausgelegt und daher nur bedingt mit einen:

Rührwerk vergleichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eir Rührwerk zu schaffen, das sich für im Prinzip beliebig große Behälter und Rührvolumina eignet und be dem das gesamte vom zu rührenden Material ausfüll bare Effektivvolumen durch die Rührglieder erfaß; wird. Mit diesem Rührwerk soll sich neben dei Hauptaufgabe des Rührens gleichzeitig eine vollständige Selbstreinigungsfunktion sowohl für die Rühr-

glieder selbst als auch für die Behälterinnenwand ge- zylindrischen Behälters 1 sind in Lagern 11, 12 zwei währleisten lassen. Drehwellen 7 bzw. 8 gelagert Im zylindrischen Be-Diese technische Aufgabe wird bei einem selbstrei- halter 1 sind rohrförmige Rührglieder3„ 4 mit gerinnigenden Rührwerk nach der eingangs genannten gern Abstand von oder" in leichter Berührung mit der Gattung erfindungsgemäß durch die Kombination 5 Innenwand des Behälters 1 angeordnet. Diese Rührfolgender Merkmale erreicht: glieder 3, 4 sind unabhängig voneinander mit den

a) die Rührglieder sind mit radialem Abstand zu Drehwellen 7 bzw. 8 verbunden und, wie dargestellt, den jeweils zugehörigen Wellenachsen verlau- ^versetzt angeordnet. Die Drehwellen 7, 8 werden fend und mit senkrecht zur Behälterlänesachse ^{durch eine nicht} daigesteUte Antriebseinrichtung mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt ¹⁰ S^Ieicher Drehzahl in gleicher Drehrichtung angetneausgebildet und aneinanderliegend angeordnet; ^ben· ^{Die beiden Enden der} Rührglieder 3, 4 sind je-

b) die radialen Abstände zwischen den Rührglie- ^weils unter einem vorbestimmten Winkel zur Achse dem und den zugehörigen Wellenachsen in je- ^des zylindrischen Behälters 1 geneigt. Die Anordder Querschnittsebene sind gleich groß, und ^nun8 ^{ist dabei so} getroffen, daß sich die Ruhrglieder

c) die Verbindungsteile zwischen den Rührglie- ¹S ^bei Drehung durch die betreffenden Drehwellen gedern und den Wellen verlaufen in einem eine gf^eitig nicht behindern. Ersichtlicherweise ist der gegenseitige Behinderung ausschließenden Spit- Neigungswinkel der Ruhrglieder Einschränkungen zenwinkel zur Wellenachse unterworfen. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform

besitzt der zylindrische Behälter 1 eine praktisch

Die Ruhrglieder sind dabei so angeordnet, daß bei 20 dicht dem Außenumriß der kombinierten geometrider Drehbewegung die Außenkanten des in Radial- sehen Orte der Drehbewegungen der Rührglieder 3, richtung jeweils äußersten Rührglieds sehr dicht an 4 angepaßte Querschnittsform,
die Innenwand des vorzugsweise zylindrischen Be- In folgenden sind die Arbeitsweise und die Wirhälters herankommen oder diese Innenwand leicht be- kung der auf vorstehend beschriebene Weise erfinriihren. Die Rührglieder drehen jeweils in gleicher 25 dungi-gemäß aufgebauten Vorrichtung an Hand von Drehrichtung, mit gleicher Winkelgeschwindigkeit F i g. 1 erläutert. F i g. 1 ist eine vereinfachte schema- und in gleichbleibender Phasenlage zueinander. Um tische Darstellung des in Fig.8 dargestellten Rührunter diesen Voraussetzungen eine vollständige werks zur besseren Erläuterung der Arbeitsweise. Selbstreinigung der Rührglieder zu erreichen, wird Die Rührglieder 3, 4 drehen sich jeweils als Ganzes der radiale Abstand der Rührglieder von ihren je- 30 längs der durch die strichpunktierten Linien angeweils zugehörigen Wellenachsen gleich gewählt. Da- deuteten Kreisbahnen in die gleiche Richtung und mit ergibt sich bei einer Konstruktion mit vollständi- mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die ger Selbstreinigung, daß gerade Linien, welche je- Drehwellen 7, 8 um deren Drehachsen O P A»P«"·- weils die Drehmittelpunkte der Rührglieder um ihre dem dreht sich jedes Rührglied 3, 4 während der eigenen Achsen mit den Mittelpunkten der Eigendre- 35 körpereigenen Drehung um seine eigene Achse auch hung der Ruhrglieder um die Drehachsen der zu- um die Drehachse der zugeordneten Drehwelle jegeordneten Drehwellen verbinden und die in einer weils in derselben Richtung und mit der gleichen senkrecht zu den Drehwellen verlaufenden Ebene lie- Winkelgeschwindigkeit. Fig. 1 zeigt das Sieuungsgen, parallel zueinander verlaufen. verhältnis der Achsen a_v O₁ der Rührglieder 3, 4,

Als technischer Fortschritt gegenüber den bekann- 40 wobei diese Achsen bei der Drehung der Drehwellen ten Rührwerken ergibt sich, daß mit einem Rührwerk Winkelverschiebungen auf a.₂, b₂; a₃, b₃ und a₄, b_A erfindungsgemäßer Konstruktion sich bei Vergleichs- durchführen. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform weise kleinem technischen Aufwand im Prinzip be- liegen Linien, welche jeweils die Drehachsen der liebig große Behältervolumina und Mengenansätze Rührglieder bei ihrer Drehung um ihre eigenen Achmischen lassen, wobei gleichzeitig eine vollständige 45 sen mit den Achsen der körperlichen Drehung der-Reinigungsfunktion der Ruhrglieder gegenseitig und selben um die Drehachsen der zugeordneten Drehder Behälterinnenwand erreicht wird. Weitere Vor- wellen herum verbinden und welche in der Zeichteile ergeben sich aus der Figurenbeschreibung. nungsebene liegen, parallel zueinander. Ersichtlicher-

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen weise wird bei den beschriebenen Bewegungen der

der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher er- 50 Rührglieder das zu behandelnde Material, das sich in

läutert. Es zeigt der Nähe der gesamten Oberfläche der Rührglieder

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veran- befindet, bei jeder Umdrehung der Rührglieder voll-

schaulichung des Aibeitsprinzips eines Rückwerks mit ständig von diesen Oberflächen abgestreift, so daß

erfindungsgemäßen Merkmalen, ein vollständiger Selbstreinigungseffekt erzielt wer-

F i g. 2 einen lotrechten Schnitt durch die Achse 55 den kann. Außerdem bewirkt die Drehbewegung dei

einer Ausfuhrungsform eines Rührwerks, Rührglieder 3, 4 über die gesamte Innenfläche des

F i g. 3 einen lotrechten Schnitt längs der Linie zylindrischen Behälters 1 hinweg eine Vergleichmäßi-

IH-III in F i g. 2, gung der Temperatur und der Konzentration des Be-

F i g. 4 , 6 und 8 lotrechte Schnitte durch die Ach- handlungsguts, während die Drehbewegung dersel-

sen abgewandelter Ausführungsformen der Erfin- 60 ben um ihre eigenen Achsen herum, bei der es sich

dung und um eine große Relativbewegung handelt, zur lokalen

F i g. 5, 7 und 9 lotrechte Schnitte längs der Linien Vergleichmäßigung von Temperatur und Konzentra-

V-V, VII-VII bzw. IX-IX in F i g. 4, 6 bzw. 8. tion beiträgt. Der Rührvorgang mittels der Rührglie-

Das Rührwerk nach F i g. 2 und 3 weist einen der erbringt mithin eine sehr vorteilhafte Vergleich-Mantel 2 mit einem Einlaß 13 sowie einem Auslaß 65 mäßigung der Temperatur und Konzentration. Es ist 14 für ein Heizmedium und einen zylindrischen Be- offensichtlich, daß bei einem mit engem Abstand hälter 1 mit Einlaß 15 und Auslaß 16 für ein zu be- bzw. mit selbstreinigender Abstreifwirkung arbeitenhandelndes Material auf. An den beiden Enden des den Rührwerk der Wärmeaustauschgrad erhöht und

das Anhaften von Behandlungsgut wirksam verhindert werden kann. Außerdem kann bei dem vollständig selbstreinigenden Rührwerk nicht nur der Wärmeaustauschgrad zwischen dem Gut und der Vorrichtungswand erhöht werden, sondern es können auch die Rührglieder selbst für den Wärmeaustausch zwischen ihnen und dem Behandlungsgut herangezogen werden, wenn etwa Hohlprofilteile bzw. Rohrelcmente verwendet werden und ihre Oberflächen als Heizflächen benutzt werden, wenn ein Heizmedium über Drehanschlüsse durch die hohlen Rührglieder hindurchgeleitet wird.

Im folgenden sind andere, auf dem Grundgedanken der Erfindung beruhende Ausführungsformen beschrieben. Bei dem in den F i g. 4 und 5 dargestellten Rührwerk ist eine abgewandelte Ausführungsform von Rührgliedern vorgesehen. Diese Rührglieder weisen jeweils Spiralform auf, 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 Schnittansicht von F i g. 5, die längs der Linie V-V in F i g. 4 geführt ist, hervorgeht, eine Art von Spiralband aus einer Reihe von Rohren bilden.

Die Fig.6 und7 veranschaulichen noch eine andere Ausführungsform, 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 hochviskosen Flüssigkeiten oder Pulvern eine starke Rühr- und Mischwirkung gewünscht wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind nun Rührglieder vorgesehen, die für die Verwendung in einem solchen Behälter geeignet sind. Auch diese Rührglieder weisen Spiralform auf, jedoch mit sich in Axialrichtung des Behälters fortschreitend änderndem Durchmesser.

In den F i g. 8 und 9 ist eine weitere, abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher vier Rührglieder vorgesehen sind, deren Form nicht den kreisförmigen Querschnitt der Ausführungsform gemäß F i g. 2 und 3, sondern einen elliptischen Querschnitt aufweist, und bei welcher entsprechend vier Drehwellen vorgesehen sind. Diese Ausführungsform verdeutlicht durch die Darstellung verschiedener Zwischenphasen der Drehbewegung, daß die Selbstreinigungswirkung mit einer als elliptischer Kontakt bezeichneten Berührung erzielt wird, wenn die Rührglieder 3, 4, 5, 6 selbst elliptischen Querschnitt aufweisen und in der dargestellten Weise angeordnet werden. Außerdem ist ersichtlich, daß ein Rührwerk mit mehr als zwei Drehwellen ansonsten

xo im wesentlichen dem Rührwerk mit zwei Drehwellen entspricht.

Die vorstehend in Einzelheiten erläuterten Ausführungsformen der Erfindung bieten gleichzeitig die vorteilhafte Wirkung der Verhinderung des Anhaftens des Behandlungsguts an der Behälterwand und die praktisch vollkommene Selbstreinigungsfunktion der Rührglieder, während gleichzeitig der Wärmeaustauschgrad infolge des engen Abstands bzw. des Abstreifens der Oberfläche beträchtlich erhöht und

ao zudem Temperatur und Konzentration des Behandlungsguts in hervorragender Weise vergleichmäßigt werden. Außerdem besitzen diese Rührwerke ersichtlicherweise den Vorteil, daß sie einfach aufgebaut sind und das Rührvolumen praktisch frei gewählt

werden kann. Diese Vorteile machen das Rührwerk u. a. besonders geeignet zur Verwendung als Polymerisations-Reaktionsvorrichtung, beispielsweise auch als Reaktionsvorrichtung für die Herstellung von Polyvinylchlorid nach dem Suspensions- und Chargen-Polymerisationsverfahren, 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 PoIy-

propylen nach dem Lösungsmittelschlamm-Polymerisationsverfahren, für die Herstellung von Kohlenwasserstoff-Polymeren der Dien-Reihe nach dem Lösungs-Polymerisationsverfahren, bei welchem eine Tendenz für die Bildung und das Anhaften von ver-

seiften Verbindungen besteht, und für die Herstellung von Mischpolymeren, wie Polystyrol, kautschukmodifiziertem Polystyrol, Acrylnitril-Styrol und Acrylnitrilbutadien-Styrol, nach dem Chargen-Polymerisationsverfahren benutzt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Selbstreinigendes Rührwerk, bestehend aus einem geschlossenen, einen Guteinlaß und einen Gutauslaß aufweisenden länglichen Behälter, an dessen Stirnseiten wenigstens zwei parallel verlaufende, mit gleicher Drehzahl, in gleicher Drehrichtung und in gleicher Drehphase angetriebene Wellen gelagert sind, die mit Rührgliedern versehen sind, welche eine solche Form aufweisen, daß auf benachbarten Wellen angebrachte Ruhrglieder während ihrer Bewegung ständig übereinanderstreichen, wobei die innere Behälierwandung der Bewegungsbahn des jeweils äußersten Rührglieds eng angepaßt ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: