DE3301043C2

DE3301043C2 - Mischvorrichtung

Info

Publication number: DE3301043C2
Application number: DE3301043A
Authority: DE
Inventors: Erich 6128 Höchst Kessler; Alfons 8751 Kleinwallstadt Leeb
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1982-02-09
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB8303496D0; US4482254A; FR2521031A1; DE3301043A1; GB2114459B; FR2521031B1; GB2114459A

Abstract

Mischvorrichtung mit einer ersten Mischkammer, welche aus einem Gehäuse, in welchem Zuführungen für die zu mischenden Komponenten angeordnet sind, und einem mit Nuten versehenen drehbaren Mischkopf, bei dem die Nuten unter einem Winkel von 10 bis 80 ° zur Achsrichtung des Mischkopfes schraubenförmig in die Oberfläche eingearbeitet sind, besteht, und einer daran anschließenden zweiten Mischkammer, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Gehäuses (4) eine Vielzahl von Nuten (6, 7) eingearbeitet ist, welche mit jeweils einer Komponentenzuführung (10, 11) ver bunden sind, daß ferner zwischen Gehäuse (4) und Mischkopf (1) eine mit vielen Durchlässen versehene Büchse (12) mit ihrer äußeren Oberfläche in die genutete Gehäuseinnenseite eingesetzt ist und innerhalb der Büchseninnenseite der mit Nuten versehene Mischkopf (1) derart angeordnet vorliegt, daß zwischen Büchse (12) und Mischkopf (1) ein schmaler Spalt ist. Die Büchse (12) kann mit gleichmäßig verteilten, radialen Bohrungen versehen oder aus porösem Sintermetall sein. Der Spalt ist vorzugsweise 0,2 bis 5 mm breit.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischvorrichtung mit einer Mischkammer, welche aus einem mit Nuten versehenen drehbarer! Mischkopf, cc: dem d:e Nuten ec unter einem Winke! von 10 bis 80° zur Achsrichtung des Mischkopfes schraubenförmig in die Oberfläche eingearbeitet sind, aus einem Gehäuse, auf dessen Innenseite eine Vielzahl von Nuten eingearbeitet sind, und aus einer mit vielen Durchlässen versehenen Büchse, die mit ihrer äußeren Oberfläche in die genutete Gehäuseinnenseite eingesetzt ist, besteht.

Eine derartige Vorrichtung ist als Vorrichtung zum Homogenisieren eines Gemisches aus der DE-AS 13 00 426 bekannt Bei dieser Vorrichtung wird das Gemisch über eine Zuführung einer ersten Nut zugeführt Von dieser ersten Nut aus wird das Gemisch einer mit vielen Durchlässen versehenen Büchse zugeführt, wodurch das Gemisch durch die Durchlässe der Büchse gefördert wird. Beim Verlassen der Büchse wird das Gemisch vom Mischkopf abgeschert, was dadurch bewirkt wird, daß die schraubenlinig vorstehenden Teile des Mischkopfes als Messer ausgebildet sind und die Büchse von innen bündig überstreichen.

Durch spezielle Trennvorrichtungen wird gewährleistet, daß das vom Mischkopf geförderte Gemisch in die zweite, in die Innenseite des Gehäuses eingearbeitete Nut wiederum über die radialen Durchlässe der Büchse gefördert wird. Von dieser zweiten Nut wird das Gemisch in eine dritte Nut gefördert Die weitere Führung des Gemisches wird in gleicher Weise durchgeführt wie die Führung von der ersten zur zweiten Nut erfolgt ist Insoweit ist die Mischkammer der bekannten Vorrichtung in mehrere Zonen aufgeteilt Erst durch mehrmaliges Durchlaufen von hintereinander geschalteten Mischzonen ist der Homogenisiereffekt für hochviskose Gemische ausreichend. Diese Vorrichtung eignet sich zwar mit mehreren Mischzonen zum Homogenisieren eines hochviskosen Gemisches, die Art der Homogenisierung reicht jedoch für die weitgehend homogene Vermischung von mehreren Flüssigkeiten, besonders wenn diese sehr unterschiedliche Viskosität aufweisen, nicht aus. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist es erforderlich, daß die Messer zum Scheren des Gemisches radial nachstellbar sind, um den Verschleiß dieser Messer auszugleichen.

Eine weitere Mischvorrichtung ist aus der DE-OS 25 29 987 bekannt Diese Mischvorrichtung weist eine Mischkammer auf, welche aus einem Gehäuse, in welchem Zuführungen für die zu mischenden Komponenten angeordnet sind, und einem mit Nuten versehenen, drehbaren Mischkopf, bei dem die Nuten unter einem konstanten Winkel von 10 bis 80° zur Achsrichtung des Mischkopfes schraubenförmig in die Oberfläche eingearbeitet sind, besteht Dieser Mischkammer schließt sich eine zweite Mischkammer an. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine erste Flüssigkeit in großer Menge in die erste Mischkammer gegeben und eine zweite Flüssigkeit in geringer Menge (weniger als 5% der Gesamtmenge) über Leitungen direkt an dan genannten Mischkopf herangeführt wird. Soll die zweite Flüssigkeit möglichst fein verteilt dem Mischkopf zugeführt werden, weil diese beispielsweise mit der ersten Flüssigkeit schlecht mischbar ist, muß diese zweite Flüssigkeit in vielen einzelnen Leitungen dem Mischkopf zugeführt werden, wobei der Mischkopf selbst dann aus einzelnen, fest miteinander verbundenen, genuteten Ringelementen besteht. Diese Vorrichtung ist sehr aufwendig. Bei einer durchzuführenden Reinigung muß diese Vorrichtung in viele Einzelteile zerlegt werden, wodurch auch die Reinigung dieser sehr aufwendigen Konstruktion kompliziert und langwierig wird. Dadurch, daß die Leitungen durch den Mischnmm Isufen, w?rd?n Bu^h di^p Strömungsverhältnisse im Mischraum unkontrollierbar. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einfache Mischvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die aufgezeigten Mängel stark verringert sind. In der Mischvorrichtung sollen reproduzierbare Strömungsverhältnisse herrschen. Die Reinigung der Mischvorrichtung soll einfach sein. Die Mischvorrichtung soll gute Mischergebnisse, auch bei nur einer Mischzone, in der

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ersten Mischkammer liefern.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse Zuführungen für die zu mischenden Komponenten angeordnet sind, daß die Nuten der Innenseite des Gehäuses mit jeweils einer der Zuführungen verbunden sind, daß der mit Nuten versehene Mischkopf derart angeordnet vorliegt, daß zwischen Büchse und Mischkopf ein schmaler Spalt s ist, und daß sich der Mischkammer eine zweite Mischkammer anschließt

Die Durchlässe der Büchse können durch viele, auf der Büchse gleichmäßig verteilte, radiale Bohrungen bzw. durch die Zwischenräume einer Sinterinetallbüchse gebildet werden. Auf diese Weise werdenjdie von den Nuten des Gehäuses der Büchse zugeführten Komponenten gleichmäßig verteilt dem Mischkopf zugeführt Durch die Sintermetallbüchse geschieht bereits eine Vormischung, indem sowohl die einzelnen Komponenten als auch Vermischungen in immer neun Ströme geteilt und auch zusammengeführt werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Komponenten dem Mischkopf in fein verteilter, teilweise vorgemischter Form zugeführt Die durchschnittliche Größe der Poren in der Sintermetallbüchse liegt günstig zwischen 5 und 200 μ.

Die Spaltbreite zwischen Büchse und Mischkopf liegt zwischen 0,2 und 5 mm. Bei sehr geringer Spaltbreite ist der Anteil an Scherwirkung bei größerer Spaltbreite der Anteil an Rückmischung größen

Die Scherwirkung beruht darauf, daß zwischen Büchse und Mischkopf die aus der Büchse austretenden Ströme abgeschert werden und auf diese Weise bei schnelllaufendem Mischkopf eine feine Verteilung und gute Vermischung dieser Ströme erfolgt Deshalb lassen sich mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in alle die Stoffe weitere Komponenten einmischen, auf welche Stoffe eine Scherwirkung ausgelöst werden kann. Solche Stoffe sind beispielsweise Polymerschmelzen, Fette, Wachse, Pasten, aber auch andere Flüssigkeiten und Gase.

Die Rückmischung kann einmal dadurch geschehen, daß der Mischkopf in Flußrichtung wesentlich mehr fördert, als durch den Mischerausgang abfließt, so daß ein Teil des Gemisches zurückströmt, zum anderen dadurch, daß, wie auch in der DE-OS 25 29 987 beschrieben, der Mischkopf gegen die Flußrichtung fördert.

Günstig ist es, wenn die auf der Innenseite des Gehäuses eingearbeiteten Nuten in Axialrichtung angeordnet sind. Beispielsweise wird bei zwei zu mischenden Komponenten immer abwechselnd eine Nut mit der einen und die nächste Nut mit der anderen Komponentenzuführung verbunden, so daß die Komponenten nach einer Verteilung durch die Büchse dem Mischkopf über den Umfang gleichmäßig verteilt zugeführt werden. Die auf der Innenseite des Gehäuses eingearbeiteten Nuten können auch in Umfangsrichtung angeordnet sein.

Die Übergabe der zu mischenden Medien von den Nuten in die Hohlräume der Büchse gelingt vorzüglich, wenn die Büchse durch Pressitz in das Gehäuse eingedrückt ist.

Mit einer Mischvorrichtung nach dieser Erfindung ist es insbesondere möglich, dem Hauptsirom einer Flüssigkeit sehr geringe Mengen einer anderen Flüssigkeit zuzumischen, z. B. im Verhältnis von 100 :1. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, daß der Hauptstrom nicht radial durch die Durchlässe der Büchse, sondern axial in das Innere der Büchse gefördert wird.

Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 den Schnitt AA der Vorrichtung gemäß F i g. 1, F i g. 3 den Schnitt BB der Vorrichtung gemäß F i g. 1,

Fig.4 eine Explosionszeichnung von Mischkopf, Büchse und Gehäuse,

Fig.5 einen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der der genutete Mischkopf 1 auf der Welle 2 in Draufsicht dargestellt ist Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist ist der Mischkopf 1 über eine Paßfeder 16 mit der Welle 2 formschlüssig verbunden. Die Nuten des Mischkopfes 1 verlaufen auf seiner Oberfläche wendelartig unter einem Winkel von 45°. Die Welle 2 ist im Gehäusedeckel 5 und im Gehäuse 3 (Lagerung nicht dargestellt) gelagert Mit 4 ist das Gehäuse für den Mischkopf 1 bezeichnet Im Gehäuse 4 sind auf der Innenseite Nuten 6 und 7 eingearbeitet welche in axialer Richtung verlaufen. Durch das Gehäuse 4 und den Gehäusedeckel 5 laufen die Zuleitungen der Komponenten X und Y, wobei die Nuten 6 über die Ringnut 8 mit der Zuführung 10 der Komponente Λ"und die Nuten 7 über die Ringnut 9 mit der Zuführung 11 der Kompomente Y verbunden sind. In das Gehäuse 4 ist eine Sintermetallbüchse 12 eingepreßt Der Spalt zwischen Sintermetallbüchse 12 und Mischkopf 1 ist mit S bezeichnet Über Gewindestangen 13 und Muttern 14 (im Längsschnitt versetzt gezeichnet) sind die Gehäuse 3 und 4 und Gehäusedekkel 5 dicht miteinander verbunden. Die Welle 2 ist im Gehäusedeckel 5 ebenfalls abgedichtet Dem Gehäuse 4 ist im Gehäuse 3 als zweite Mischkammer ein an sich bekannter Stiftmischer nachgeschaltet, dessen Innenraum über Bohrungen 15 mit dem Innenraum der ersten Mischvorrichtung verbunden ist. Die Elemente des Stiftmischers sind an sich bekannt und werden deshalb nicht näher beschrieben.

In F i g. 4 ist der genutete Mischkopf 1, die mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten, radialen Bohrungen versehene Büchse 12 und die mit Nuten (6,7) versehene untere Hälfte des Gehäuses 4 in der Art nach Explosionszeichnungen auseinandergezogen dargestellt In dieser Zeichnung sind die Zuführungen (10,11), die Verteilung über die Ringnuten (8,9) zu den Nuten (6, 7) besonders gut zu erkennen. Über die Bohrungen 17 der Büchse 12 werden die Komponenten (X, Y) dem Mischkopf 1 zugeführt.

Bei Betrieb wird beispielsweise als Komponente X Polypropylen mit einer Viskosität von 7 000 Pas, einer Temperatur von 235° C und einer Förderleistung von 12si'mim und als Komponente Vein Fettamin mit einer Viskosität von 0,03 Pas, einer Temperatur von 180° C und einer Förderleistung von 4 s/_m„ durch Zwangsförderung, beispielsweise mit Hilfe von Zahnradpumpen, dem Mischer zugeführt. Das Polypropylen gelangt über die Zuführung 10, die Ringnut 8 und die Nuten 6 zur Sintermetallbüchse 12, während das Fettamin über die Zuführung 11, die Ringnut 9 und die Nuten 7 zur Sintermetallbüchse geführt wird.

Beim Eintritt in die Sintermetallbüchse werden die einzelnen Ströme der Komponenten in noch kleinere Einzeiströme zerieiii, wobei beim Durchlauf durch die Sintermetallbüchse diese Einzelströme sich untereinander berühren, sich teilweise vermischen und wieder auseinanderlaufen. Die aus der Sintermetallbüchse austretenden Einzelströme sind sehr unterschiedlicher Zusammensetzung. Deshalb wird im folgenden die im Mischraum zwischen Mischkopf 1 und Sintermetallbüchse 12 befindliche Flüssigkeit mit Medium bezeichnet. Auf der

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Innenseite der Sintermetallbüchse 12 ist der genutete <

Mischkopf, auf dessen Oberfläche die Nuten unter einem Winkel von 45° verlaufen, und dessen Oberfläche ' mit der Innenseite der Sintermetallbüchse einen Spalt

von 500 μ bildet, in der Weise angetrieben, daß das im 5 )

Gehäuse 4 aus der Sintermetallbüchse 12 austretende Medium abgeschert und in einer größeren Menge in Richtung der Bohrungen 15 gefördert wird, als dort abfließt, so daß zwangsweise ein Teil des Mediums wieder zurückfließt Aufgrund der Scherwirkung und der durch io ',} den rückfließenden Teil des Mediums erzeugten Rück- % mischung wird das Medium sehr gut vermischt. Dieser Mischeffekt wird durch den nachgeschalteten Mischer in der zweiten Mischkammer (Gehäuse 3) verstärkt Dabei kann es sich um einen an sich bekannten Stiftmi- 15 ; scher, aber auch um andere Mischeinrichtungen, han- ' dein.

Das aus dem dargestellten Stiftmischer fließende Medium hat eine Viskosität von 40 Pas, eine Temperatur von 200° C Die Mischung ist weitgehend homogen und verhält sich wie eine Schmelze. Auch wenn der Polypropylenanteil der fertigen Mischung nur noch 20% beträgt, ergibt sich eine weitgehend homogene Mischung, deren Verhalten immer noch das einer Schmelze ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 entspricht, ist dargestellt, daß eine Hauptkomponente Z Ober Kanal 20 und Ringkanal 21 axial in den zylindrischen Ringspalt 5 zwischen der Büchse 12 und dem

Mischkopf 1 eingespeist wird. Die weiteren Komponen- 30 ί

ten X und Ywerden radial durch Durchlässe der Büchse ί

12 in den Spalt eingespeist Es wird hierdurch möglich, in einen Hauptstrom einer Flüssigkeit, z. B. Schmelze eines

Polymers, geringe Mengen einer oder mehrerer zuzu- _;

mischender Flüssigkeitskomponenten einzumischen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

33 Ol Patentansprüche:

1. Mischvorrichtung mit einer Mischkammer, welche aus einem mit Nuten versehenen drehbaren s Mischkopf, bei dem die Nuten unter einem Winkel von 10 bis' 80° zur Achsrichtung des Mischkopfes schraubenförmig in die Oberfläche eingearbeitet sind, aus einem Gehäuse, auf dessen Innenseite eine Vielzahl von Nuten eingearbeitet sind, und aus einer mit vielen Durchlässen versehenen Büchse, die mit ihrer äußeren Oberfläche in die genutete Gehäuseinnenseite eingesetzt ist, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (4) Zuführungen (10,11) für die zu mischenden Komponenten is angeordnet sind, daß die Nuten (6,7) der Innenseite des Gehäuses (4) mit jeweils einer der Zuführungen (10 bzw. 11) verbunden sind, daß der mit Nuten versehene Mischkopf (1) derart angeordnet vorliegt, daß zwischen Büchse (12) und Mischkopf (1) ein schmaler Spalt φ ist, und daß sich der Mischkammer eine zweite, an sich bekannte Mischkammer anschließt.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (12) aus porösem Sintermetall besteht

3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Größe der Poren der Büchse (12) zwischen 5 und 200 μ liegt

4. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5) zwischen Büchse (12) und Mischkopf (1) 0,2 bis 5 mm breit ist

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Innenseite des Gehäuses (4) eingearbeiteten Nuten (6, 7) in Axialrichtung angeordnet sind.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die auf der Innenseite des Gehäuses (4) eingearbeiteten Nuten (6, 7) in Umfangsrichtung angeordnet sind.

7. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit vielen Durchlässen versehene Büchse (12) in dem Gehäuse (4) durch Pressitz festgehalten wird.

8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Büchse (12) einen axialen Einlaß (20,21) für eine der Flüssigkeiskomponenten aufweist.

9. Mischvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die den einzelnen Nuten (6, T) zugeordneten Durchlässe der Büchse (12) von Nute zu Nute unterschiedliche Größe haben.