DE2759573C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Entgasen einer Polymerschmelze und zum Austragen des entgasten Polymers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Entgast werden sollen in einer solchen Anlage die flüchtigen Konstituenten, wie Polyäthylen und Äthylen, die einer Polymerschmelze nach einem nicht vollkommenen Poly­ merisationsvorgang beigemengt sind. Der hier verwendete kurze Begriff "Polymer(e)" umfaßt organische Hochpolymere, Copolymere und polymere Mischungen, die allein oder mit zur Kunststoffverarbeitung üblichen Zusätzen, z. B. Stabilisatoren, Füllmitteln, Verfahrenshilfsstoffen, Farb­ stoffen, Antihaftmitteln, Antioxidationsmitteln, Anti­ statikmitteln verarbeitet werden.

In bekannten Anlagen zur Herstellung von Polyäthylen geringer Dichte gibt ein Reaktionsraum eine Mischung von Polymeren und nicht umgesetzten Stoffen an ein Produktgefäß ab. Im Produktgefäß wird der größere Anteil der nicht um­ gesetzten Stoffe durch plötzliches Verdampfen entfernt, das durch den Abfall des Druckes bewirkt wird, den die Mischung bei der Überleitung von dem Reaktionsraum in das Produkt­ gefäß erfährt. Die verdampften Stoffe werden in den Reaktionsraum zurückgeführt. Das verbleibende poly­ merisierte Material setzt sich im Produktgefäß ab und ent­ hält noch einige nicht umgesetzte Stoffe, die in einem sich an das Produktgefäß anschließenden Teil der Anlage entfernt werden.

Hierzu wird die von dem Produktgefäß angegebene Polymer­ schmelze nach dem Stand der Technik in der Praxis einem Extruder zugeführt, der zwei Funktionen ausübt: erstens, die restliche Entgasung durchzuführen und zweitens, das Polymer durch eine gegebenenfalls vorhandene Siebplatte und Pelletisierformplatte auszutragen.

In einer bekannten Ausführungsform einer solchen Anlage tritt die Polymerschmelze mit den restlichen flüchtigen Bestandteilen an einer Eingabeseite des Extruders ein, in dem die nicht umgesetzten Materialien verdampfen und einen Schaum mit sehr kleiner Dichte bilden. Es ist daher ein Extruder erforderlich, der auf der Eingabeseite eine sehr große volumetrische Transportkapazität besitzt, um das Polymer zu extrudieren, während die restlichen flüchtigen Bestandteile entfernt werden. Bei einigen Anlagen wird ein Teil des verdampften Materials durch ein Abzugsrohr aus dem Extruder entfernt. - Wegen der erforderlichen relativ großen Transportkapazität und da die Produktionsge­ schwindigkeit von Einfachreaktionsräumen zugenommen hat, werden große und teure Extruder benötigt.

Deswegen werden bekannte Anlagen so abgeändert, daß ein zweiter Äthylen-Trennschritt (Verdampfen) stromaufwärts vor dem Extrudereingang im Anschluß an den ersten Äthylen- Trennschritt (Verdampfen) im Produktgefäß erfolgt. Hierzu wird die Polymerschmelze in den oberen Bereich des Abzugs­ rohrs eingegeben, in dem im wesentlichen alle noch ver­ bliebenen nicht umgesetzten Materialien entgast werden, bevor der Polymerstrom in den eigentlichen Extruder ein­ tritt. Das in den Extruder eintretende Polymer besitzt dann eine höhere Dichte, wodurch die Notwendigkeit zur Ver­ wendung eines Extruders sehr hoher Transportkapazität ent­ fällt. Beim Extrudieren des Polymers durch den Extruder entstehen jedoch erhebliche Viskositätshemmkräfte, so daß der Wirkungsgrad des Transports relativ schlecht ist. Durch die dabei entstehende Wärme in dem Extruder werden die Stoffeigenschaften des extrudierten Polymers in un­ kontrollierter Weise beeinflußt.

In einer ähnlichen Anlage (US-PS 28 13 137) ist im Anschluß an ein Puffergerät für ein produziertes Polymer-Lösungs­ mittelgemisch eine Verdampfertrommel vorgesehen, in der ein Teil des flüchtigen Lösungsmittels entfernt wird. Von dort gelangt das Polymer in eine Vakuumtrommel, die einen vertikalen Eingang eines Extruders bildet und in der der restliche Lösungsmittelanteil aus dem Polymer entgast wird, bevor dieses extrudiert wird. - Trotzdem arbeitet auch dieser Extruder wegen der Viskositätshemmkräfte mit schlechtem Wirkungsgrad, und es tritt eine unkontrollierte starke Erwärmung mit ungünstiger Beeinflussung der Stoff­ eigenschaften auf.

In einer bekannten Anlage der eingangs genannten Gattung, in der allerdings Polyurethangele als höher-viskoser polymerer Stoff, der eingeschlossenen Luft- und Gasblasen enthält, einem Vorratsbehälter zugeführt werden, gelangt dieser Stoff von dem Vorratsbehälter über eine Zahnradpumpe, einen Schnellmischer, in dem er zusätzlich erwärmt wird, und über eine Dosierpumpe durch eine Düsenplatte in einen Entgasungsturm, der unter Vakuum steht (DE-OS 16 79 839). Hierin wird der entgaste Stoff in einem Sumpf gesammelt, aus dem eine Zahnradpumpe die entgaste Masse zur Weiterver­ arbeitung austrägt. Bauliche Merkmale der Zahnradpumpe, die Rückschlüsse auf deren volumetrischen Pumpwirkungsgrad zulassen, sind nicht offenbart. Wenn mit einer solchen Anlage ein Polymer entgast und ausgetragen werden soll, können durch dessen Erwärmung, die während des Pumpevorgangs un­ kontrolliert ist, dessen Stoffeigenschaften ungünstig be­ einflußt werden.

Zum Stand der Technik gehört ferner eine Zahnradpumpe mit einem Paar mit den Pumpenzahnrädern kämmenden Speisezahnrädern und mit einer Produktkammer mit einem Abzugstutzen für flüchtige Bestandteile, der mit einer Unterdruckquelle in Verbindung steht (US-PS 32 80 886). Damit ist die Zahnrad­ pumpe für die Entgasung schaumbildender viskoser Massen, wie Polymeren, eingerichtet, deren Schaum in die Spalte zwischen je einem Speisezahnrad und einem Pumpenzahnrad eingespeist wird, wobei eine zusätzliche Entgasung eintritt. Die Entgasung erfolgt weiterhin in der unter Unterdruck stehenden Produktkammer. Die weitgehend entgaste Masse wird zum Teil über die Speisezahnräder der in die Zahnradpumpe eingespeisten Masse beigemengt und nur zum Teil über die Pumpenzahnräder ausgetragen. Dabei ist der Transport­ wirkungsgrad dieser Zahnradpumpe relativ niedrig. Dies ist u. a. auf die ungünstige Gestaltung der Pumpenkammer sowie auf die mit den Pumpenzahnrädern unter Einschluß eines großen Spiels kämmenden Speisezahnräder zurück­ zuführen. Eine in dieser Pumpe unkontrolliert eintretende Wärmeentwicklung beeinflußt in kaum steuerbarer Weise die Eigenschaften des Ausgangsprodukts, das einem thermischen Abbau unterliegen kann.

Zum Pumpen für hochviskose Medien, insbesondere Kunststoff­ schmelzen, ist eine Zahnradpumpe mit einem Gehäuse, einem Einlaßgang, einem Auslaß, einer dazwischenliegenden Kammer mit zwei innerhalb der Kammer im wesentlichen horizontal angeordneten, drehbar gelagerten, miteinander kämmenden Zahnrädern an sich bekannt (DE-OS 24 36 222). Die Zahnräder bilden mit an den Auslaß angrenzenden Wandbereichen Zahn­ raddichtungszonen, die sich in Achsrichtung über die Länge der Zahnräder und in Umfangsrichtung über eine dem Abstand zwischen zwei Zähnen entsprechende Entfernung erstrecken. In dem Gehäuse ist ein Freiraum für das zu pumpende Medium zwischen der Kammer und den Zahrädern gebildet, der sich von den dem Auslaß abgewandten Enden der Zahnraddichtungs­ zonen zu dem Einlaßgang hin in horizontalen Querschnitts­ ebenen erweitert.

Um einen gleichmäßigen Durchfluß ohne höhere örtliche Ver­ weilzeiten zu erzielen und eine vollständige Füllung der Pumpe mit dem hochviskosen Medium bei hohem Vakuum zu er­ reichen sowie den Einsatzbereich hinsichtlich Viskosität, Drehzahl und Vakuum auszudehnen, wurde bei dieser Zahnrad­ pumpe besonderes Augenmerk auf die Ausbildung der Ein­ trittsöffnung gelenkt. Danach wurde vorgesehen, die Ein­ trittsöffnung aus einem Hohlkonus mit einer Winkelöffnung zwischen 36° und 60° zu bilden, in den eine weitere rechteckige Öffnung mit einem Querschnitt eingelassen ist, in welchem die Breite im wesentlichen gleich der Zahnradbreite ist und die Länge im wesentlichen dem Doppelten der Zahnrad­ außendurchmesser minus einer Zahnhöhe entspricht. - Zumindest in dem Bereich des Freiraums zwischen der Ebene, die die Zahnräder oben berührt, und dem darüber ange­ ordneten Ende des Hohlkonus verengen sich aber die Quer­ schnittsflächen des Freiraums oberhalb der halbmondförmigen Ausnehmungen, die durch die Zahnräder seitlich begrenzt sind. - Unterhalb der Querschnittsebene, in der die Achsen der Zahnräder liegen, reichen die halbmondförmigen Aus­ nehmungen des Freiraums nicht weit herunter bzw. um die Zahnräder herum, da die Austrittsöffnung relativ groß, nämlich im wesentlichen als Hälfte des größten Eintritts­ durchmessers gewählt ist. - Insgesamt steht also bei dieser Zahnradpumpe die Optimierung der Eintrittsöffnung, nicht aber das Erzielen eines die Zahnräder möglichst weit um­ fassenden, sich bis zu dem Einlaßgang erweiternden Frei­ raums im Blickpunkt. - Es ist deswegen nicht ersichtlich, daß mit einer derartigen Zahnradpumpe, wenn sie in einer Anlage der eingangs genannten Gattung eingesetzt wird, das entgaste Polymer schonend, d. h. unter geringer Erwärmung ausgetragen wird. Abgesehen davon ist offen, ob eine solche bekannte Zahnradpumpe mit bereits möglichst vollständig entgastem Polymer beaufschlagt werden soll oder selbst einen Beitrag zur Entgasung leisten soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage zum Entgasen einer Polymerschmelze der eingangs genannten Gattung, die zum Austragen des ent­ gasten Polymers dienende Zahnradpumpe so weiter­ zubilden, daß das Polymer beim Austragen möglichst wenig unkontrolliert erwärmt wird und somit hin­ sichtlich seiner Stoffeigenschaften unbeeinträchtigt bleibt.

Diese Aufgabe wird durch Verwendung einer Zahnradpumpe mit den in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch diese Zahnradpumpe erfolgt das Austragen des praktisch vollständig entgasten Polymers bei niedrigstem Strömungswiderstand und größtem volumetrischem Wirkungsgrad. Da die Zahnradpumpe mit einem Polymer beauf­ schlagt wird, aus dem in zwei anderen Anlagenteilen - Produktgefäß und Entgasungseinrichtung - zuvor praktisch alle flüchtigen Bestandteile entgast wurden, wird der mit dieser Zahnradpumpe erreichbare hohe Wirkungsgrad, der nur eine geringe Erwärmung des gepumpten Polymers zur Folge hat, nicht durch die flüchtigen Bestandteile der Polymerschmelze beeinträchtigt. Damit kann ein Polymer mit gleichmäßigen, guten Stoffeigenschaften produziert werden. Es wird in dieser Anlage ein hoher Gesamtwirkungsgrad des Pumpens erreicht. - Im einzelnen wird in der ver­ wendeten Zahnradpumpe ein optimaler Druckgradient aufgebaut, der die Füllung der Zahnlücken mit dem Polymer fördert. Hierzu ist die Gestaltung des großen Freiraums zwischen den Zahnraddichtungszonen und dem Einlaßgang optimiert. Im Zusammenhang mit der Ausbildung des Freiraums steht, daß die Zahnraddichtungszonen möglichst klein, aber zur ange­ strebten Dichtwirkung groß genug sind und daß außerdem die Querschnittsfläche des Auslasses, an den die Zahnrad­ dichtungszonen angrenzen, eine Größe zwischen dem 0,2fachen bis etwa dem 2fachen Wert des Produkts aus Zahnradbreite und Zahnhöhe aufweist. - Der hohe volumetrische Wirkungsgrad der Zahnradpumpe wird weitgehend unabhängig von den Parametern des geförderten Polymers (Zähigkeit und Druck) erzielt.

Für die Ausbildung der Zahnradpumpe wird hier kein selb­ ständiger Schutz beansprucht, soweit sie eine Bemessung der Querschnittsfläche des an die Zahnraddichtungszonen angrenzenden Ausgangs von etwa dem 2fachen Wert des Produkts aus Zahnradbreite und Zahnhöhe aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung durch eine Ausführungsform einer Anlage zum Entfernen von flüchtigen Bestandteilen aus einer Polymer­ schmelze und Austragen der entgasten Polymere mit der Zahnradpumpe anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt einer Zahnradpumpe zur Verwendung in der in Fig. 1 dargestellten Anlage;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei einige Teile aus Gründen der Übersicht wegge­ brochen sind;

Fig. 4 eine Aufsicht längs der Linie 4-4 der Pumpe nach Fig. 2;

Fig. 5 einen Querschnitt einer Zahnradpumpe in Modulbau­ weise, wobei der Körper von zwei Hälften gebildet wird, um die Zahnradbreite durch bausteinförmige Zusätze zu erhöhen;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 13-13 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Zahn­ radpumpe, die vollständig in Modulbauweise ausge­ führt ist, wobei einige Teile weggebrochen sind; und

Fig. 8 eine Aufsicht auf die Pumpe nach Fig. 7, wobei einige weggebrochene Teile als Querschnitt darge­ stellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zum Entgasen von Polyäthylen niederer Dichte und zum Austragen des entgasten Poly­ äthylens. Eine Mischung aus flüssigem Polyäthylen und mitgeführtem Äthylen wird in einem Reaktionsraum (nicht dargestellt) in bekannter Weise erzeugt. Die Mischung wird vom Reaktionsraum durch die Leitung 10 in ein Produkt­ gefäß 12 abgegeben. Der Mischungsfluß zum Produktgefäß 12 wird durch ein Produktventil 14 und ein Entlüftungsventil 16 in der Leitung 10 gesteuert. Die Hauptmenge des mit­ geführten Äthylengases wird aus der Mischung durch Ver­ dampfen im Produktgefäß 12 entfernt, und das auf diese Weise entfernte Äthylengas wird kondensiert und über die Leitung 12 a zur weiteren Verwendung in den Reaktions­ raum zurückgeleitet. Das Polyäthylen, das teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreit ist, sammelt sich am unteren Berich des Produktgefäßes 12 und wird durch die Leitung 20 zum Einlaß des Abzugsrohres 22 gebracht.

Die Zuleitung des flüssigen Polyäthylens zum Abzugsrohr erfolgt durch einen Druckgradienten, der zwischen dem Produktgefäß 12 und dem Abzugsrohr 22 vorhanden ist. Das Produktgefäß arbeitet bei Drücken in der Größenordnung von etwa 7 MPa oder mehr, und das Abzugs­ rohr wird bei einem Druck betrieben, der geringfügig über oder unter Atmosphärendruck liegt. Die Strömungsge­ schwindigkeit des Polyäthylens zum Abzugsrohr 22 wird durch ein Eingabesteuerventil 24 in der Leitung 20 gesteuert, und es wird im Produktgefäß eine genügende Menge flüssigen Polyäthylens aufrechterhalten, um das direkte Durchblasen von Äthylen zum Abzugsrohr zu vermeiden.

Wenn das Polyäthylen in das Abzugsrohr 22 eintritt, wird im wesentlichen das gesamte verbliebene und mitgeführte Äthylen aus der Mischung aufgrund der Druck-Gleichgewichts­ beziehung bei dem Druck des Abzugsrohres verdampft. Der kleine Druck im Abzugsrohr und die Entfernung des Äthylens wird durch eine Rückführleitung 26 besorgt, die eine Pump­ einrichtung 28, z. B. eine Venturidüse oder eine Vakuum­ leitung enthält. Das Rückfluid in der Leitung 26 wird zur weiteren Verarbeitung in dem Reaktionsgefäß gesammelt.

Geschmolzenes Polyäthylen P setzt sich im Abzugsrohr 22 ab und erreicht einen Flüssigkeitspegel L. Der untere Bereich des Abzugsrohres 22 steht über einen konischen Auslaß­ bereich 22 a in fluidleitender Verbindung mit einer Zahnrad­ pumpe 30, die weiter unten näher erläutert wird. Der Spiegel des flüssigen Polymers im Abzugsrohr wird bevorzugt auf einem solchen Wert gehalten, daß die Berührungsfläche zwischen Polyäthylen und Äthylen oberhalb des Pumpeneinlasses liegt; und der Durchmesser des Abzugsrohres ist so gewählt, daß der durch die fließende Polymerschmelze hervorgerufene Druckabfall gleich oder bevorzugt kleiner als der Druck ist, der vom Flüssigkeitspegel des Polymers gebildet wird. Die Zahnradpumpe 30 wird daher vom flüssigen Polymer P aus dem Abzugsrohr im Fallstrom gespeist.

Die Zahnradpumpe 30 wird durch einen Antrieb 32 mit variabler Geschwindigkeit und einer Drehmomentkupplung 34 angetrieben, um das Polymer vom unteren Bereich des Abzugsrohrs abzuziehen und es unter Druck durch die Leitung 36 in einen Pelletisierer 38 zur abschließenden Bearbeitung zu führen, der das Polymer einem Füllgefäß 40 zuführt.

Die Anlage wird durch eine zentrale Prozeßsteuerungsein­ richtung 42 gesteuert, die zusätzlich zur Überwachung der Funktion und des Betriebs des Reaktionsraumes die übrigen genannten Einrichtungen überwacht und steuert. Insbesondere ist eine Flüssigkeitsspiegel-Steuereinrichtung 44 vorge­ sehen, die den Polymerspiegel im Abzugsrohr (oder die Änderungsrate des Spiegels) abfühlt. Diese Variable wird bei der Prozeßsteuerung 42 vewendet, um den Antrieb 32 mit variabler Geschwindigkeit so einzustellen, daß der volle Zustrom zu der Zahnradpumpe und deren volle Förderleistungsfähigkeit erreicht ist. Die Steuerung des Flüssigkeitsspiegels kann ferner dazu verwendet werden, wie noch näher ausgeführt wird, um eine Anzeige der Produktgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Zusätzlich überwacht die Prozeßsteuereinheit die Leistungs­ aufnahme der Zahnradpumpe, die Einlaß- und Auslaßdrücke und die Temperaturen in der Zahnradpumpe über die Leitung 46. Die gemessenen Variablen werden in die Prozeßsteuer­ einheit 42 eingespeist, um die Polymererzeugung im Reaktionsraum zu regeln.

In den Fig. 2-4 ist die Zahnradpumpe 30 in Modulbau­ weise dargestellt. Sie enthält eine Einlaßanordnung 50, ein Zahnradgehäuse 52 und einen Heizmantel 54. Die Einlaß­ anordnung 50 umfaßt zwei plattenförmige Elemente 50 a und 50 b mit im allgemeinen L-förmiger Gestalt, die ineinander­ greifende Endteile 50 c und 50 d besitzen, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Einlaßanordnung 50 ist durch mehrere Befestigungseinrichtungen 56 mit einem Umfangsflansch 22 b im Auslaßbereich 22 a des Abzugsrohrs 22 und mit dem Zahnradgehäuse 52 verbunden, vgl. Fig. 2.

Das Zahnradgehäuse 52 hat im allgemeinen eine rechteck­ förmige äußere Gestalt und enthält einen oberen Flansch­ teil 52 a, der gegen die untere Oberfläche der Einlaßan­ ordnung 50 grenzt. Das Zahnradgehäuse 52 weist Seitenwände auf, die mit ihren inneren Oberflächen eine Zahnradkammer 58 begrenzen, die sich nach unten an zwei einander entgegen­ gesetzt liegenden äußeren Oberflächen 60 verengt, um die innere Oberfläche eines Heizgefäßes zu bilden. Heizmäntel 54 sind lösbar mittels nicht dar­ gestellter Befestigungsmittel am Zahnradgehäuse 52 be­ festigt und vervollständigen die nach unten aufeinander zulaufenden Flächen 60, um ein Heiz- oder Dampfgefäß um die Zahnradpumpe auszubilden. Die Heizmäntel enthalten einen Dampfeinlaß 54 a und einen Kondensatauslaß 54 b. Die Zahnradpumpe wird kontrolliert auf einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Polymers gehalten.

Die Einlaßanordnung 50 weist einen Einlaß 66 auf, dessen Breite (parallel zur Zahnradachse) im wesentlichen gleich der Zahnradbreite ist. Fig. 2 und 3, und dessen minimale Länge (senkrecht zur Zahnradachse) sich nach unten verengt, um die Zahnradkammer 58 zu vervollständigen.

Zwei drehbare, kämmende Zahnräder 70 sind im Zahnradgehäuse 52 angeordnet. Es werden Zahnräder mit Pfeilverzahnung bevorzugt.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Paar kämmender Pfeil­ zahnräder 70 drehbar im Zahnradgehäuse 52 mittels Lager­ buchsen 71 und Endplatten 72 gelagert. Eines der Zahnräder (das Antriebsrad) enthält eine Antriebswelle 70 a, die sich von der Zahnradpumpe nach außen erstreckt und an die Dreh­ momentkupplung 34 angekoppelt ist. Das andere Zahnrad wird durch den kämmenden Eingriff der Pfeilzahnräder angetrieben.

Der Teil des Auslasses 103, der in direkter Verbindung mit der Zahnradkammer steht, besitzt eine rechteckförmige Öffnung mit einer Breite 103 a, vgl. Fig. 2, die gleich der Zahnradkranzbreite ist, und sie besitzt eine Länge 103 b, vgl. Fig. 2, die ungefähr gleich der Zahnhöhe ist.

Der Auslaß wird teilweise durch gegen Abnutzung hochwider­ standsfähige Dichtungszoneneinsätze 75 gebildet, die z. B. durch Schrauben (nicht dargestellt) lösbar am Sitz 58 a des Zahnradgehäuses befestigt sind.

Die Dichtungszonen erstrecken sich von der Spitze 75 a der Einsätze 75 in Umfangsrichtung über eine Entfernung, die gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen ist, und sie erstrecken sich über die gesamte axiale Länge der Zahnräder, um eine wirksame Dichtung zwischen den Zähnen der Zahnräder und dem Zahnradgehäuse herzustellen. Der Beginn der Dichtungszone ist allgemein durch das Bezugs­ zeichen 75 b bezeichnet, und die Dichtung erstreckt sich bis zur Spitze 75 a. Es sei bemerkt, daß eine Dichtungs­ länge, die größer ist als die gerade angegebene Länge, die Wirksamkeit der Dichtung nicht wesentlich erhöht.

Die innere Oberfläche der Kammer 58 nimmt vom Beginn der Dichtungszone 75 b in einer kontinuierlichen, glatt bzw. knicklos verlaufenden Kurve in ihren Abmessungen zu und schließt an den Einlaß 66 der Einlaßanordnung über der Spitze der Zahn­ räder 70 an. In einer Ausführungsform der Pumpe erstreckt sich die Zahnradkammer oder die Freiraum­ grenze für das Medium von einer Stelle 75 b, die 53° unter­ halb der durch das Zentrum der Zahnradachse verlaufenden Horizontalebene liegt, in einem kreisförmigen Bogen, bis zu einer Stelle, die 15° unterhalb der Horizontalebene liegt, um an dieser Stelle einen radialen Abstand zwischen der Zahnspitze und der Kammeroberfläche von etwa 1,3 cm herzustellen. Anschließend erstreckt sich die Freiraum­ grenze von der 15°-Stelle bis zur Oberkante der Pumpe. Im allgemeinen ist das Verhältnis der Ausdehnung des Freiraums für das Medium zum Umfangsabstand (gemessen vom Ende der Dichtungszone 75 b) nach Grundsätzen der Schmierungstheorie optimiert, um einen wachsenden hydraulischen Radius im Freiraum für das Medium zu erhalten, um die Zahnlücken mit Polymer zu füllen. Der Freiraum für das Medium nimmt von der Dichtungszone 75 b zu, um einen maximalen Druckgradienten an einem Punkt zu erzeugen, der bevorzugt unterhalb der horizontalen Schnittebene durch die Zahnradachse liegt. Die optimale Ausbildung des Freiraums für das Medium ist eine Funktion des speziellen Polymers, das gepumpt wird. Ein Verhältnis des Zwischenraums (Abstand vom Zahn des Zahnrades zur Kammerwand) zum Abstand in Umfangsrichtung von der Dichtungszone liegt typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,9 bei Polymeren, die eine Viskosität im Bereich von 1300 Pas bis 9100 Pas besitzen.

Der Auslaß 103 geht von der schlitzförmigen Öffnung in der Nähe der Zahnräder in einen kreisförmigen Auslaß 103 c an seinem unteren Ende über, der in Fluidverbindung mit der Leitung 36 steht.

In der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe wurden stationäre Temperaturerhöhungen von nur 1° bis 4°C festgestellt, während bei einem vergleichbaren Schraubenextruder 10° bis 35°C vorliegen.

Die Gestaltung des Freiraums für das Medium der Zahnradpumpe ergibt verbesserte Betriebsbedingungen und einen ver­ besserten volumetrischen Wirkungsgrad. Dabei ist die erfindungsgemäße Zahnradpumpe im wesentlichen bezüglich ihrer Pumpleistung von Viskositäts- und Druckbedingungen unabhängig, und die volumetrischen Wirkungsgrade betragen annähernd 100% über einen Bereich der Umfangsgeschwindigkeit des Zahnrads bis hin zu etwa 50 m/min.

Die Zahnradpumpe 30 nach Fig. 2 enthält Einrichtungen, um Zusätze zur Vermischung mit dem Polymer direkt in die Pumpe einzuführen. Zusätze in flüssiger Form lassen sich durch mehrere Leitungen 100 (von denen lediglich eine dargestellt ist) in den Einlaßteil der Pumpe entweder parallel oder senkrecht zu den Zahnradachsen einpumpen, die die Zusätze in die Ladezone zur Vermischung mit dem Polymer bringen.

Feste Zusätze, die zum Einführen in die Pumpe über die Leitungen 100 nicht geschmolzen werden können, lassen sich in die Pumpe durch einen Schraubenextruder 102 eingeben, der im Zahnradgehäuse vorgesehen ist und von der Pumpe seitlich nach außen verläuft.

Der Extruder 102 enthält eine Schraube 102 a, die von einem Motor 102 b angetrieben ist und sich koaxial innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 102 c von einem Eingabegefäß 102 b an einem Ende bis zum Mediumfreiraum in der Nähe der Zahnräder erstreckt. Im Anschlußende des Extruders wird mittels einer Hochdruckschmelz-Rückführleitung 104 die Mischung des Zu­ satzes mit der Schmelze durchgeführt, wobei die Rückführ­ leitung 104 sich vom Auslaß der Zahnradpumpe zum Zwischen­ bereich des Extruders erstreckt. Auf diese Weise werden Schmelze und Zusätze in den letzten Stücken der Extruder­ schraube gemischt und in den Mediumfreiraum zur Endmischung mit dem Polymer in die Zahnradpumpe eingeführt. Die Leitung 104 kann entweder so bemessen sein, daß sie die richtige Rückführrate besitzt oder sie kann mit einer Öffnungsplatte oder einem Ventil versehen werden, um eine variable Rück­ führung zu ermöglichen.

Zusätzlich zu der Erfindung von Zusätzen in die Zahnradpumpe lassen sich Zusätze auch von oben in das Abzugsrohr 22 ein­ führen. Im Fall von festen Zusätzen können diese Zusätze über die Oberfläche der Polymerschmelze verteilt werden, wobei die Hitze der Polymerschmelze die Zusätze zum Schmelzen bringt. Die auf diese Weise geschmolzenen Zusätze werden mit dem Polymer vermischt, während das Material durch das Scherfeld der Zahnradpumpe hindurchtritt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine in der Anlage einsetzbare Zahnradpumpe 430, bei der das Zahnradgehäuse 452 in zwei halben Teilstücken gegossen ist, die axial­ symmetrisch um eine Ebene senkrecht zur Zahnradachse sind, um eine axiale Variation der Zahnradbreite zu ermöglichen. Die beiden Hälften sind durch axial verlaufende Schrauben oder ähn­ liche Mittel (nicht dargestellt) befestigt. Das Gehäuse 452 enthält eine verstärkte Seitenwand 460 zur Aufnahme mehrerer Wärmeübertragungsgänge 461, die seitlich durch die Wand ver­ laufen und durch senkrechte Gänge 462 miteinander verbunden sind. Dampf oder ein anderes Wärmeübertragungsmittel (zur Erwärmung oder Abkühlung) läuft in den Gängen 461 und 462 um, um die Temperatur der Pumpe zu steuern.

Die Pumpe 430 enthält einen Einsatz 480, der in einer komplementär geformten Ausnehmung 481 innerhalb des Gehäuses 452 von dem überstehenden Teil 151 der Einlaßan­ ordnung 150 und von Befestigungsmitteln gehalten wird. Der Ein­ satz 480 legt eine Medium-Freiraumkammer, die Dichtungszone 475 an der Innenfläche 458 und den Auslaß 103 fest. Zusätzlich nimmt der Einsatz 480 die Wellen für die Zahnräder und die Lager 71 in den Bohrungen 471 auf und stellt eine abnehmbare Anordnung dar. Für den Fall, daß eine in Achsrichtung längere Anordnung in die Ausnehmung 481 im Gehäuse eingefügt werden soll, werden die beiden Hälften des Gehäuses 452 voneinander gelöst und ein modu­ larer Gehäuseeinsatz wird dazwischen angebracht.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere vorteilhaft in der Anlage einsetzbare Ausführungsform einer Pumpe 830 in Modul­ bauweise, die mittels einer Einlaßanordnung 850 eng an ein Abzugsrohr 22 angekoppelt ist, wodurch die Notwendigkeit für das Teil 22 a und der dadurch entstehende Druckverlust be­ seitigt wird. Die Einlaßanordnung 850 enthält ein Eingabe­ rohr 829 für Zusätze, das sich oberhalb und längs der Kämm­ linie der Zahnräder 870 erstreckt.

Das Grundmerkmal der Pumpe 830 in Modulbauweise stellen fünf Grundmoduln dar, zwei Moduln des Zahnradgehäuses 852, die symmetrisch um die Kämmlinie der Zahnräder 870 angeordnet sind, zwei plattenförmige Endstrukturmoduln 860, die gegen die Enden des Gehäuses 852 angrenzen; und ein Auslaß 803, der gegen den Boden des Gehäuses 852 stößt und zwischen den Endstrukturmoduln 860 liegt.

Gemäß Fig. 7 besitzt das Gehäuse 852 verstärkte Seiten­ wände, die mehrere axial verlaufende Wärmeübertragungs-Fluid­ gänge 853 enthalten. Die innere Oberfläche 858 des Gehäuses 852 legt die Mediumfreiraumkammer und die Dichtungszone 875 und die Auslaßöffnung fest, wie zuvor beschrieben wurde.

Die Endstrukturmoduln 860 tragen die Zahnradwellen 870 a innerhalb der Lager 871 und sind an dem Gehäuse 852 und dem Auslaß 803 durch längslaufende Schrauben 876 befestigt. Wie dargestellt, ist der Auslaß 803 eng an einen Mischermodul 900 gekoppelt, der ebenso an den Endstrukturmoduln 860 durch Schrauben 876 befestigt ist.

Die Endstrukturmoduln 860 enthalten ferner ein Verteiler­ netz 901 mit einem Einlaß 901 a und einem Auslaß 901 b zur Verbindung der Gänge 853 im Gehäuse 852 und zur Zufuhr des Wärmeübertragungsmediums zu den Gängen 853 und zum Gang 903 im Auslaß 803. Das Verteilernetz 901 kann direkt gegen die Gänge stoßen, oder es kann eine Nippelkupplung 905 vorge­ sehen sein. Ein zusätzliches Wärmetransfernetz 904 mit einem Einlaß 904 a und einem Auslaß 904 b ist für die abhängigen Teile der Endstrukturmoduln vorgesehen.

Die Pumpe 830 besitzt mehrere Vorteile:

• (a) eine auswechselbare Mediumfreiraumausbildung für spezielle Produktmischungen;
• (b) der individuelle Austausch abgenutzter oder korrodierter Teile;
• (c) die Erleichterung der Endbearbeitung und der Behandlung der Innenflächen;
• (d) das Vorhandensein eines Misch/Dispersionssystems im Auslaßmodul, das bei der Verwendung von Zusätzen zweck­ mäßig ist.

Claims (1)

1. Anlage zum Entgasen einer Polymerschmelze und zum Austragen des entgasten Polymers, mit einem die Polymerschmelze auf­ nehmenden Produktgefäß, einer mit dem Produktgefäß ver­ bundenen Entgasungseinrichtung, die auslaßseitig einen Stauraum für das entgaste Polymer aufweist, an den sich unmittelbar eine Zahnradpumpe anschließt, die zwischen einem Einlaß und einem Auslaß eine Kammer enthält, in der zwei miteinander kämmende, horizontal gelagerte Zahn­ räder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (70) mit den an den Auslaß (103) an­ grenzenden Wandbereichen der Kammer (58) Zahnraddichtungs­ zonen (74) bilden, die sich in Achsrichtung über die ge­ samte Länge der Zahnräder (70) und in Umfangsrichtung über eine dem Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen entsprechende Entfernung erstrecken, daß die an die Zahn­ raddichtungszonen (74) angrenzende Querschnittsfläche des Auslasses (103) zwischen dem 0,2fachen bis 2fachen Wert des Produkts aus Zahnradbreite und Zahnhöhe beträgt und daß zwischen den Zahnrädern (70) und der Kammer (58) ein Freiraum vorgesehen ist, der sich auf der dem Auslaß (103) abgewandten Seite von den Zahnraddichtungszonen (74) ausgehend bis über die auf den Zähnrädern (70) liegende Querschnittsebene zu dem Einlaß (66) hin konti­ nuierlich erweitert.