DE3544642A1

DE3544642A1 - Verfahren und vorrichtung zum absondern einer phase aus einem heterogenen gemisch von unvermischbaren fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3544642A1
Application number: DE19853544642
Authority: DE
Inventors: Pradip Suresh Corpus Christi Tex. Mehta
Original assignee: Usm Corp Farmington Conn; USM Corp
Current assignee: Farrel Corp
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1986-07-03
Also published as: IT1187834B; US4549810A; IT8568079A0; GB2168909A; AU5132885A; DE3544642C2; AU567280B2; GB8530716D0; BR8506654A; GB2168909B; CA1262872A

Description

35Α46Λ2

Patentanwalt
Dipl.-Inp,. Rolf Merges,

Erho.rdiitrcCo Y/.
D-GCJO iwjnchsn 5.

Unser Zeichen/Our ref. υ g 0 5

Datum/Oate 17.12.1985

USM Corporation

Farmington, Connecticut, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Absondern einer Phase aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten

Maßnahmen zum Trennen von Gemischen unvermischbarer Flüssigkeiten sind bekannt. Zum Beispiel Sedimentieren, Dekantieren und Zentrifugieren sind bekannte Verfahren zum Trennen von Flüssigkeiten unter Ausnutzung der Differenzen in der Dichte der Flüssigkeiten. Jedoch bei sehr viskosen Gemischen oder bei Flüssigkeiten, deren Dichten relativ nahe beieinander liegen, kann die Trennung langsam und schwierig sein, was zu unzulässig niedrigen Trennungswirkungsgraden führt. Verschiedene Verfahren, wie beispielsweise Destillation, Rektifizierung, Strippen, Extraktion und Entgasung, können benutzt werden, um Flüssigkeiten unter Ausnutzung der Differenzen in den Dampfdrücken der Flüssigkeiten zu trennen. Diese Verfahren erfordern jedoch große Energien und/oder sperrige Ausrüstung und können für viele temperaturempfindliche Materialien nicht geeignet sein.

Drehprozessoren sind ebenfalls bekannt. Einzelheiten solcher Prozessoren sind in den US-Patenschriften 4 142 805; 4 194 841; 4 207 004; 4 213 709; 4 227 816; 4 255 059; 4 289 319; 4 300 842; 4 329 065; 4 389,119; 4 402 616; 4 411 532; 4 413 913; 4 421 412 und in den US-Patentanmeldungen Serial-Nos. 532 156; 532 157; 532 162; 532 165 und 532 166 jeweils vom 14. September 1983 beschrieben.

Wesentliche Elemente der grundlegenden einzelnen Verarbeitungskammer der Drehprozessoren, die in den obigen US-Patentschriften und -Anmeldungen beschrieben sind, sind ein drehbares Element, das wenigstens einen Verarbeitungskanal trägt, und ein feststehendes Element, das eine koaxiale Verschlußoberfläche bildet, die mit dem Kanal eine geschlossene Verarbeitungskammer bildet. Das feststehende Element hat einen Zuführeinlaß und einen Abgabeauslaß für die Kammer. Ein feststehendes Blockierteil nahe dem Auslaß bildet eine Stirnwandoberfläche zum Blockieren der Bewegung von Material, das der Kammer zugeführt wird, und erzeugt in Zusammenwirkung mit den sich bewegenden Kanalwänden eine Relativbewegung zwischen dem blockierten Material und den sich bewegenden Kanalwänden. Diese Zusammenwirkung gestattet, Material, das mit den sich bewegenden Wänden in Kontakt ist, vorwärts zu der Stirnwandoberfläche zu ziehen, um es zu sammeln und/oder kontrolliert zu verarbeiten und/oder abzugeben .

Gemäß den obigen Patenten und Patentanmeldungen bieten die Verarbeitungskammern äußerst vielseitige Verarbeitungsmöglichkeiten. In den Kammern können Verarbeitungsoperationen wie beispielsweise Schmelzen, Mischen, Unterdrucksetzen, Pumpen, Entgasen und Homogenisieren ausgeführt werden und den Materialien, die in der Kammer verarbeitet werden, Bestandteile zugesetzt oder Bestandteile entzogen werden.

Die US-Patentschriften 4 227 816, 4 213 709, 4 389 119, 4 402 616 und 4 411 532 beziehen sich auf mehrstufige Drehprozessoren, die mehrere Verarbeitungsstufen enthalten, von denen jede eine oder mehrere Verarbeitungskammern hat. Materialübergabekammern oder -nuten sind in der Verschlußoberfläche des feststehenden Elements gebildet und so angeordnet, daß Material aus einer Kammer (oder Kammern) einer Stufe an eine Kammer (oder Kammern) derselben oder einer weiteren Stufe übergeben wird. Diese mehrstufigen Prozessoren können so angeordnet sein, daß sie zwei oder mehr als zwei Verarbeitungsschritte in Serie kombinieren, wie beispielsweise Schmelzen, Mischen und Pumpen oder andere Kombinationen von Verarbeitungsschritten.

Die US-Patentschriften 4 255 059, 4 329 065 und 4 413 913 beziehen sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Entgasen von viskosen Materialien durch Ausbreiten des Materials als dünne Filme auf den Seiten der rotierenden Kanalwände, so daß flüchtige Materialien von den Oberflächen der dünnen Filme abgezogen werden können. Die US-Patentanmeldungen Serial Nos.532 162 und 532 166 beschreiben Vorrichtungen und Verfahren zum Schaumentgasen, bei denen das Material der Verarbeitungskammer zugeführt wird, Schäumen durch Bildung von Blasen flüchtiger Bestandteile hervorgerufen wird und drucklose Scherung zum Freisetzen der flüchtigen Bestandteile zur Entfernung aus der Kammer erfolgt. Die US-Patentanmeldung Serial No. 532 156 beschreibt ein Vakuumsystem zur Verwendung mit Film- oder Schaumentgasern. Die US-Patentanmeldungen Nos. 532 157 und 532 165 beschreiben Verschlußeinrichtungen zum Steuern der Leckage von Druck und Material zwischen Verarbeitungskammern, die auf unterschiedlichen Druckwerten sind. Diese Entgaser dienen zum Entfernen von flüchtigen Komponenten aus viskosen Materialien und basieren auf Differenzen in den Dampfdrücken der Komponenten. Das Abscheiden von Komponenten durch Entgasung erfordert jedoch die Zufuhr von großen Energiemengen und

kann für einige wärmeempfindliche Materialien oder leicht siedende Gemische ungeeignet sein. Es wäre vorteilhaft, eine Maßnahme mit gutem energetischen Wirkungsgrad zum physikalischen Trennen der Phasen zu finden, das nicht auf den Differenzen in der Dichte oder im Dampfdruck basiert.

Die GB-PS 1 144 184 beschreibt und beansprucht eine Vorrichtung zum Herstellen von Briketts aus Rohzementschlamm. Eine hohle Trommel, die an ihrem Umfang gelocht ist und radiale Flansche trägt, welche ringförmige Kanäle begrenzen, dreht sich innerhalb eines Gehäuses, um den Schlamm von einem Einlaß zu einem Strangpreßwerkzeug zu transportieren. Ein Abstreifer entfernt Schlamm von der Trommel und leitet ihn zu dem Werkzeug. Die kontinuierliche Drehung der Trommel führt zum Druckaufbau stromaufwärts des Strangpreßwerkzeuges, zum Verdichten der Feststoffe und zum Austreiben des Schlammwassers durch die gelochte Trommel. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Entfernen von Wasser durch Evakuieren des Trommelinneren unterstützt. Die verdichteten Feststoffe werden durch das Werkzeug als Briketts extrudiert, Diese Vorrichtung ist jedoch speziell zum Verarbeiten von rohen Gemischen aus Flüssigkeiten und Feststoffen und zum Erzielen einer minimalen Trennung ausgelegt, d.h. es soll nur genug Wasser entfernt werden, um die Bildung von Briketts aus den verdichteten Feststoffen zu gestatten.

Die US-PS 4 448 537 beschreibt einen Schneckenextruder, der einen Zentrifugierabschnitt hat, welcher mit ringförmigen Platten versehen ist, zwischen denen Schlitze vorgesehen sind. Rohmaterial, nämlich Harz in Form von festen Teilchen, vermischt mit relativ großen Mengen an Flüssigkeit, wie es durch Polymerisation in einem wässerigen System gebildet wird, wird dem Zentrifugierabschnitt zugeführt, damit die meiste Flüssigkeit aus dem festen Harz entfernt wird, bevor dieses in einem stromabwärtigen Abschnitt des Extruders geschmolzen wird. Verbleibende Flüssigkeit muß durch Erhitzen

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und Belüften in einem Entgasungsschritt entfernt werden. In dem Zentrifugierabschnitt verdichtet die rotierende Schnecke die Harzteilchen und treibt das Wasser durch die Schlitze zwischen den Platten aus. Die verdichteten, teilweise getrockneten Feststoffe werden dann stromabwärts zu dem Schmelzabschnitt des Extruders transportiert. Weder die britische Patentschrift noch die US-Patentschrift 4 448 537 beschreibt eine Vorrichtung oder Verfahren zum Trennen von heterogenen Gemischen aus unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren mit gutem energetischen Wirkungsgrad zum Trennen von solchen Gemischen unter Ausnutzung der Differenzen in den Viskositäten der Phasen des Gemisches und ist besonders geeignet zum physikalischen Trennen von äußerst viskosen, leicht siedenden oder temperaturempfindlichen unvermischbaren flüssigen Materialien oder solchen, die ähnliche Dichten haben.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung beinhalten das physikalische Absondern wenigstens einer Phase eines heterogenen Gemisches von unvermischbaren Flüssigkeiten unter Ausnutzung der Differenzen in den Viskositäten der Komponenten. Eine Verarbeitungskammer ist durch wenigstens eine feststehende Oberfläche, wenigstens eine in stromabwärtiger Richtung relativ zu der feststehenden Oberfläche bewegbare Oberfläche und durch ein Stauteil zwischen den beiden Oberflächen gebildet. Wenn die bewegbare Oberfläche in stromabwärtiger Richtung relativ zu der feststehenden Oberfläche und dem Stauteil bewegt wird, wird ein Impuls, der durch das Mitziehen aufgrund der Viskosität erzeugt wird, auf ein Umwälzbad des viskosen Gemisches übertragen, das wenigstens teilweise in der Kammer an dem Stauteil blokkiert und gesammelt wird, wodurch das Gemisch unter Druck gesetzt wird. Weil der übertragene Impuls von der Viskosität

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des Materials abhängig ist, wird dieser Impuls vorzugsweise auf die viskosere Komponente des Gemisches übertragen und die viskosere Komponente gegen das Druckprofil relativ zu der weniger viskosen Komponente stromabwärts bewegt. Die Tröpfchen oder Kügelchen der weniger viskosen Komponente werden verschmolzen und stromaufwärts in ein Gebiet niedrigeren Druckes "gepreßt". Die Tröpfchen oder Kügelchen der weniger viskosen Komponente sondern sich aus dem Umwälzbad an dessen stromaufwärtiger Grenze ab und sammeln sich in der Kammer stromaufwärts des Bades. Sie können auf herkömmliche Weise aus dem Bad über eine Abflußöffnung abgelassen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet einen Drehprozessor, in welchem bewegbare Oberflächen durch die entgegengesetzten Seitenwände von einem oder mehreren ringförmigen Kanälen, die ein Rotor trägt, gebildet sind. Eine stationäre Oberfläche ist durch die Verschlußoberfläche eines Gehäuses gebildet, die zu dem Rotor koaxial ist und mit den Kanälen eine oder mehrere geschlossene Verarbeitungskammern bildet. Die Einlasse, die Auslässe, die Abflußöffnungen und die Stau- oder Blockierteile, welche die Stirnwände der Kammern bilden, sind dem Gehäuse zugeordnet. Die Kammern können für Parallel- und/oder Serienbetrieb angeordnet sein. Wenn der Rotor in dem Gehäuse gedreht wird, wird Material, das in jede Kammer über deren Einlaß eingeleitet wird, durch die rotierenden Kanalwände zu der Stirnwand bewegt, wo es als ein Umwälzbad gesammelt wird. Die anhaltende Schleppwirkung, die die rotierenden Seitenwände auf das Material in dem Bad aufgrund von dessen Viskosität ausüben, bewirkt, daß das Material unter Druck gesetzt wird und daß die weniger viskose Komponente aus dem Gemisch abgeschieden wird. Die abgeschiedene, weniger viskose Komponente wird aus der Kammer über die Abflußöffnung abgelassen, und das verbleibende Material wird über den Auslaß abgegeben.

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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a eine vereinfachte schematische Querschnittdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die die Impulsübertragung von der Vorrichtung auf das Material zeigt,

Fig. 1b eine graphische Darstellung der Druckbeaufschlagung des Materials innerhalb der Verarbeitungskammer nach Fig. 1a,

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittansicht einer wei

teren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine vereinfachte Querschnittansicht des

Prozessors nach Fig. 2 auf der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ansicht des Prozessors nach

Fig. 3 unter anderen Verarbeitungsbedingungen,

Fig. 5 eine vereinfachte Querschnittansicht eines

Prozessors ähnlich dem in Fig. 3, der so modifiziert worden ist, daß er unter den in Fig. 4 gezeigten Verarbeitungsbedingungen mit gutem energetischen Wirkungsgrad arbeitet,

Fig. 6 eine vereinfachte Schnittansicht eines

Teils des Prozessors nach Fig. 5, die ausführlicher den Querschnitt des Verarbeitungskanals zeigt,

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Fig. 7 eine vereinfachte Längsschnittansicht einer

mehrstufigen Ausführungsforra der Erfindung,

Fig. 8 eine vereinfachte Querschnittansicht des

Prozessors nach Fig. 7 auf der Linie 8-8 in Fig. 7,

Fig. 9 eine vereinfachte Querschnittansicht des

Prozessors nach Fig. 7 auf der Linie 9-9 in Fig. 7,

Fig. 10 eine vereinfachte Querschnittansicht des

Prozessors nach Fig. 7 auf der Linie 10-10 in Fig. 7,

Fig. 11 eine vereinfachte schematische Darstellung

der gegenseitigen Verbindung der Verarbeitungskammern des Prozessors nach Fig. 7, die den Umriß von Überleitungsnuten dem in eine Ebene abgewickelten Mehrkanalrotor überlagert zeigt, wobei die größeren Pfeile die Fließrichtung des Materials aus einer Verarbeitungskammer zu einer anderen durch die Materialüberl^eit^ur!'3^snut^en und die kleineren Pfeile den Gegenstromumlauf der weniger viskosen Komponente zeigen, und

die Fig. 12 und 13 graphische Darstellungen der Trennungswirkungsgrade der Prozessoren nach der Erfindung .

Der neue Phasentrennprozessor nach der Erfindung ist in Fig. 1a als ein vereinfachtes Parallelplattenmodell gezeigt. Der Prozessor 10 ist mit einem stationären Element 12, das wenigstens eine stationäre Oberfläche 14 bildet, und mit einem bewegbaren Element 16 versehen, das wenigstens eine bewegbare

Oberfläche 18 bildet. Die Oberflächen 14 und 18 bilden gemeinsam eine geschlossene Verarbeitungskammer 20, in welcher Material 22, bei welchem es sich um ein heterogenes Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten handelt, verarbeitet werden kann, um die weniger viskose Phase oder Komponente aus dem Gemisch abzuscheiden. Wenn das Element 16 relativ zu dem Element 12 in stromabwärtiger Richtung (durch eine nicht dargestellte Vorrichtung) mit einer Geschwindikeit V bewegt wird (Fig. 1a), wird ein Impuls, der durch das Mitziehen aufgrund der Viskosität verursacht wird, in einer Richtung, die zu V ingesamt rechtwinkelig ist, von der Oberfläche 18 über das Material 22 in die Kammer übertragen, was durch das Geschwindigkeitsprofil ν in Fig. 1a veranschaulicht ist. Die Geschwindigkeit des Materials in jedem Punkt in der Kammer wird durch Faktoren beeinflußt, zu denen der Druck in diesem Punkt, der Abstand von der Oberfläche 18, die Geschwindigkeit V der Oberfläche 18 und die Viskosität des Materials gehören. Wegen dieser Abhängigkeit des Impulses von der Viskosität des Materials wird der Impuls bevorzugt auf die viskosere Phase oder Komponente des Materials 22 übertragen. Das führt zu einer Bewegung der viskoseren Komponente in derselben Richtung wie die Bewegung der Oberfläche 18.

Ein Stau- oder Blockierteil· 24, das in die Kammer 20 eingepaßt ist, bildet eine Stirnwandoberfläche 26, um wenigstens teilweise die stromabwärtige Bewegung des Materials 22 durch die Kammer 20 zu blockieren und das Material in einem Umwälzbad zu sammeln, welches sich von der Stirnwand 26 stromaufwärts zu der Badgrenze 28 erstreckt. Ein Druck P (dargestellt in Fig· 1b) wird in dem an der Oberfläche 26 gesammelten Material 22 aufgebaut, der über der Länge L von dem niedrigsten Druckwert an der stromaufwärtigen Grenze 28 des Umwälzbades bis zu einem Maximum zunimmt, das sich normalerweise an der Stirnwand 26 befindet. Wenn die viskosere Komponente des Materials 22 weiterhin stromabwärts gegen dieses

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vorbestimmte Druckprofil zu der Stirnwand 26 hin gezogen wird, erfolgt die Trennung der viskoseren Komponente von der weniger viskosen Komponente, wobei die viskosere Komponente 30 (Fig. 1a) sich der Stirnwand 26 nähert und Tröpfchen der weniger viskosen Komponente relativ zu der viskoseren Komponente 30 stromaufwärts in ein Gebiet niedrigeren Druckes "gepreßt" werden. Infolge der Bewegung des Materials 22 innerhalb des Umwälzbades verschmelzen die Tröpfchen der weniger viskosen Komponente zu größeren Tröpfchen oder Kügelchen 32, die sich stromaufwärts durch die Kammer zu der Grenze 28 des Bades bewegen. An der Grenze 28 trennen sich die Tröpfchen oder Kügelchen 32 von dem Umwälzbad, bilden Tröpfchen oder Kügelchen 34 auf der Oberfläche der Grenze 28 und sammeln sich als eine durchgehende Phase in der Kammer stromaufwärts der Grenze 28. Die Abflußöffnung 36 ist hier in dem stationären Teil 12 angeordnet, damit die Tröpfchen 34 der weniger viskosen Komponente aus der Kammer 20 normal abfließen können. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß bei ausreichender Verweilzeit diese Absonderung von verschmolzenen Tröpfchen der weniger viskosen Komponente sich fortsetzt, bis ein großer Trennungswirkungsgrad erreicht ist.

Für den kontinuierlichen Betrieb der oben beschriebenen Phasentrennvorrichtung kann der Auslaß 38 in dem Stauteil oder anderswo in der Kammer 20 vorgesehen sein, um das kontinuierliche oder intermittierende Abgeben der viskoseren Komponente 30 aus der Kammer 20 zu gestatten. Ebenso kann der Einlaß 40 in dem stationären Element 12, wie es in Fig. 1a gezeigt ist, oder anderswo in der Kammer 20 vorgesehen sein, um das kontinuierliche oder intermittierende Zuführen von Material zu der Kammer zu gestatten. Das Material kann direkt in das Umwälzbad eingeleitet werden oder durch die bewegte Oberfläche 18 zu dem Umwälzbad gezogen werden.

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Gemäß der Beschreibung in den beiden oben erwähnten US-Patentschriften 4 142 805 und 4 194 841 kann die Schleppoder Mitziehleistung eines Prozessors vergrößert werden, indem zwei entgegengesetzte, sich gleichzeitig bewegende Oberflächen statt der einzelnen bewegten Oberfläche 18 nach Fig. 1a vorgesehen werden. Demgemäß zeigen die Fig. 2 und 3 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die zwei bewegte Oberflächen zum Erzeugen des durch das Mitziehen aufgrund der Viskosität verursachten Impulses innerhalb des Materials aufweist, in Form eines Drehprozessors 100, der einen Rotor 102 aufweist, welcher auf einer Antriebswelle 104 befestigt ist, so daß er innerhalb eines Gehäuses 106 als stationärem Element drehbar ist. Der Rotor 102 hat einen Verarbeitungskanal 108 mit entgegengesetzten Seitenwänden 110, die sich von der Rotoroberfläche 112 aus nach innen erstrecken. Eine Einrichtung 114 zum Drehen des Rotors 102 kann von einer Bauart sein, wie sie üblicherweise zum Drehen von Extrudern oder ähnlichen Verarbeitungsvorrichtungen benutzt wird. Das Gehäuse 106 hat eine koaxiale Verschlußoberfläche 116, die in Zusammenwirkung mit der Oberfläche 112 des Rotors 102 und mit dem Kanal 108 eine geschlossene Verarbeitungskammer 118 begrenzt. Der Einlaß 120, der Auslaß 122 sowie die Abflußöffnung 124 (Fig. 3) sind in dem Gehäuse 106 gebildet. Die Abflußöffnung 124 kann gemäß der Darstellung in Fig. 3 so angeordnet sein, daß der Abfluß durch Gefälle oder auf andere herkömmliche Weise erfolgt. Das feststehende Stauteil 128, das dem Gehäuse 106 zugeordnet ist, ist in den Kanal 108 eng eingepaßt und bildet die Endwand 126 für die Kammer 118. Eine Strömungsleitvorrichtung 130 ist nahe dem Einlaß 120 vorgesehen, um das Material, das in die Kammer 118 eintritt, in dieser radial nach innen zu leiten.

Im Betrieb wird Material, das aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten besteht, durch Gefälle- oder Druckzuführung dön Pro-

- rc-

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zessor über den Einlaß 120 (Fig. 3) zugeführt und durch die Strömungsleitvorrichtung 130 vorzugsweise radial nach innen zu der Wurzel der Kammer 118 geleitet:. Das Material wird durch den Impuls, der durch die Viskosität verursacht und auf das Material durch die rotierenden Seitenwände 110 der Kammer übertragen wird (Fig. 2) vorwärts durch die Kammer 118 zu der Endwand 126 bewegt. An der Endwand 126 (Fig. 3) wird das Material gestaut und gesammelt, so daß ein Umwälzbad 132, d.h. eine in sich umlaufende Ansammlung gebildet wird, in welcher der Druck, der in dem Material durch das fortgesetzte Vorbeidrehen der Seitenwände 110 an dem Material in der Ansammlung aufgebaut wird, an der Endwand 126 ein Maximum erreicht. Das Moment oder der Impuls sowie der Druck, die innerhalb des Materials in dem Umwälzbad 132 erzeugt werden, führen zur Abscheidung der weniger viskosen Komponente 136 aus dem Material auf eine Art und Weise, die der in dem Prozessor 10 nach Fig. 1a gleicht. Die weniger viskose Komponente 136 wird aus dem Material in dem Umwälzbad 132 abgeschieden und bildet normalerweise eine ununterbrochene Phase 138 stromaufwärts des Umwälzbades 132. Die weniger viskose Komponente wird dann aus der Kammer 118 über die Abflußöffnung 124 abgegeben, wogegen das Material 134, das sich dem Auslaß 122 nähert, aus der Kammer über den Auslaß abgegeben wird.

Die Zufuhr von Material zu der Kammer kann gesteuert werden, beispielshalber durch ein Ventil 140 an dem Einlaß 120. Ebenso können der Druck innerhalb des Materials stromaufwärts des Auslasses 122 und die Größe des Umwälzbades 132 gesteuert werden, beispielshalber mit Hilfe eines Ventils 142 an dem Auslaß 122 (Fig. 3). Vorzugsweise sind Dichtvorrichtungen in Form von Dichtungen 144 (Fig. 2) auf der Rotoroberfläche 112 vorgesehen, um die Leckage von unter Druck stehendem Material aus der Kammer 108 über den Spalt zwischen der Rotoroberfläche 112 und der Verschlußoberfläche 116 zu verhindern. Die Temperatur des Materials in der Kam-

nier 108 kann durch eine Temperatursteuereinrichtung 146 (Fig. 2) gesteuert werden, bei der es sich um eine Reihe von Kammern innerhalb des Rotors 102 und/oder an anderer Stelle in dem Prozessor lTande.lt, durch die Wärmeübertragungsfluid auf bekannte Weise zirkulieren kann, am das Material in der Kammer 108 zu erwärmen oder zu kühlen. Einzelheiten bezüglich der Dichtungen 144 und der Heizeinrichtung 146 finden sich in den oben erwähnten US-Patentschriften 4 142 805, 4 194 841, 4 207 004, 4 289 319 und 4 300 842.

Für die meisten Materialien, die zu trennen sind, und unter den meisten Verarbeitungsbedingungen bewirkt der in den Fig. 2 und 3 gezeigte Drehprozessor 100 eine wirksame Trennung der Phasen des heterogenen Gemisches. Bei gewissen Materialien und unter gewissen Verarbeitungsbedingungen können jedoch Modifizierungen notwendig sein, um den Trennungswirkungsgrad des Prozessors nach den Fig. 2 und 3 zu steigern. Beispielsweise wird bei Materialien hoher Viskosität und/oder bei höheren Drehgeschwindigkeiten das in die Kammer 118 an dem Einlaß 120 eintretende Material (Fig. 3), das durch die Strömungsleitvorrichtung 130 in der Kammer radial nach innen geleitet wird, normalerweise in Form eines Materialstranges durch die radial inneren Teile der Seitenwände 110 der Kammer zu dem Umwälzbad 132 transportiert. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 kann jedoch bei niedrigeren Drehgeschwindigkeiten und/oder dann, wenn Materialien niedrigerer Viskosität verarbeitet werden, der Materialstrang 148, der die Strömungsleitvorrichtung 130 passiert, durch Schwerkraft vertikal nach unten gezogen werden, so daß er sich dem Umwälzbad 132 in dem radial äußeren Gebiet der Kammer 118 nähert. Dieser "durchhängende" Materialstrang 148 kann den Zugang der weniger viskosen Komponente 138 zu der Abflußöffnung 124 blockieren, was dazu führt, daß eine Ansammlung der weniger viskosen Komponente durch den Strang 148 eingeschlossen wird. Ein Teil der weniger viskosen Komponente aus der Ansammlung 150 kann durch den Strang 148 und durch die

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rotierenden Seitenwändc 110 6er Kammer 118 mitgenommen und zurück zu dem Umwälzbad 132 ge.l'itet werden, um mit der viskoseren Komponente in dem Umwä.l zbad wieder vermischt zu werden, wie es durch einen Pfeil 152 in Fig. 4 gezeigt ist, wodurch der scheinbare Trennungswirkungsgrad des Prozessors verringert wird. Außerdem können kleinere Mengen der viskoseren Komponente in d:ie Abflußöffnung 124 eindringen, die abfließende weniger viskose Komponente verunreinigen und/ oder die Abflußöffnung verstopfen.

In kleinerem Ausmaß kann das vorstehend beschriebene Zurückfließen und Wiedervermischen der weniger viskosen Komponente mit dem Material in dem Umwälzbad 132 unter Verarbeitungsbedingungen auftreten, die sich von den mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen unterscheiden. Beispielsweise kann es unter gewissen Verarbeitungsbedingungen und/oder dann, wenn gewisse Materialien verarbeitet werden, erwünscht sein, die Kammer 118 so auszubilden, daß es zu einer stärkeren Unterdrucksetzung des Materials in dem Umwälzbad 132 kommt, indem der Spalt zwischen den Seitenwänden 110 der Kammer 118 kleiner gemacht wird. In einer schmalen Kammer kann die weniger viskose Komponente 138, die aus dem Umwälzbad 132 abgeschieden worden ist, die rotierenden Seitenwände 110 leichter berühren und besser durch diese mitgenommen werden, um zu dem Material in dem Umwä.lzbad 132 zurückgeleitet und mit diesem wieder vermischt zu werden, wie es durch einen Pfeil 154 in Fig. 3 gezeigt ist, und zwar auf oben mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene Weise, was zu einer Verringerung des scheinbaren Trennungswirkungsgrades des Prozessors führt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine mit 100a bezeichnete andere Anordnung eines Drehprozessors ähnlich dem Prozessor 100, die eine wirksamere Trennung unter den oben beschriebenen Betriebsbedingungen ergibt und das Verstopfen der Abflußöffnung verhindert. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ist der auf der Antriebswelle 104 befestigte Rotor 102a in dem Gehäuse

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106 drehbar. Der Rolor 102a trägt einen Verarbeitungskanal 108a (Fig. β)ι der entgegengesetzte Seitenwände 110a hat, die sich von der Rotovobe rf Lache.· 112a aus nach innen erstrecken. Die koaxiale Versen 1ußoberflache 116 des Gehäuses 106 bildet zusammen mit dem Kanal 108a die geschlossene Verarbeitungskammer 118a. Gemäß der Darstellung in Fig. 6 hat die Verarbeitungskamnier 118a einen T-förniigen Querschnitt, bei dem der radial äußere Teil 156 der Kammer 118a beträchtlich breiter ist als der radial innere Teil 158, was das Abfließen der weniger viskosen Komponente 138 (Fig. 5), die aus dem Umwälzbad 132 freigesetzt worden ist, erleichtert. Die Endwandoberflache 126a des St.autei.ls 128a ist ebenfalls im Querschnitt T-förmig und ist in den Kanal 108a eng eingepaßt.

Eine zusätzliche Stromungsleitvorrichtung 160 ist vorgesehen, um das Material, das durch die Kammer 118a gezogen wird, in der Kammer radial nach innen umzuleiten und so das Einschließen von Tröpfchen 138 niedrigerer Viskosität zu minimieren. Die Strömungsleitvorrichtung 160 ist im Querschnitt T-förmig und bildet gemäß der Darstellung in Fig. 5 auch die Abflußöffnung 124a. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 hat auch die Strömungsleitvorrichtung 130a einen T-förmigen Querschnitt. Die beiden Strömungsleitvorrichtungen erstrecken sich vorzugsweise rad:ial einwärts in die Kammer 118a bis in eine Tiefe, die gerade ausreicht, um den Kontakt des Materials mit der Wurzel der Kammer 118a sicherzustellen, ohne daß ein übermäßiger Druck- oder Materialaufbau stromaufwärts der Abflußöffnung 124a verursacht wird.

Wegen der Beziehung zwischen der Schmelzbadgröße und dem Druck an der Endwand, die ausführlich in der oben erwähnten US-PS 4 421 412 beschrieben ist, kann sich der Teil 162 des Umwälzbades 132 in dem radial äußeren Teil 156 der Kammer 118a weiter stromaufwärts erstrecken als der radial innere Teil des Schrnel zbadrs 132, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Bei einigen Materiali.cn und unter gewissen Verarbeitungsbe-

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dingungen kann sich der Teil 162 des Umwälzbades in dem Teil 156 ausreichend weit stromaufwärts erstrecken, um das Abfließen der weniger viskosen Komponente zu stören. Das Blockierteil 164, das sich in den Teil 156 der Kammer 118a erstreckt und in diesen eng eingepaßt ist, steuert die stromaufwärtige Ausdehnung des Teils 162 des Umwälzbades 132.

Im Betrieb wird in die Kammer 118a an dem Einlaß 120 eintretendes Material (Fig. 5) durch die Strömungsleitvorrichtung 130a radial nach innen umgelenkt und durch die rotierenden Seitenwände 110a zu der Strömungsleitvorrichtung 160 gezogen. An der Strömungsleitvorrichtung 160 wird jedes Material, das von dem inneren Teil 158 der Kammer 118a aus "durchhängt", . als Bad 166 hinter der Strömungsleitvorrichtung 160 gesammelt und zu dem inneren Teil 158 der Kammer hin umgeleitet. Das Ausmaß, in welchem das Material unter Druck gesetzt wird ,und die Größe der Ansammlung 166 können durch Steuern der Querschnittsfläche gesteuert werden, die in der Kammer 118a für das an der Strömungsleitvorrichtung 160 vorbeizutransportierende Material verfügbar ist. Von der Strömungsleitvorrichtung 160 aus wird das Material durch den Kanal 108a zu dem Umwälzbad 132 transportiert, wo die Abscheidung der weniger viskosen Komponente aus dem Material erfolgt, wie es oben beschrieben worden ist. Die stromaufwärtige Ausdehnung des Teils 162 des Umwälzbades 132 wird durch das Blockierteil 164 gesteuert. Während abzuscheidendes Material stromabwärts durch den inneren Teil 158 der Kammer transportiert wird, kann daher die weniger viskose Komponente 138, die aus dem Umwälzbad 132 abgeschieden wird, frei stromaufwärts durch den äußeren Teil 156 der Kammer fließen, um aus der Kammer über die Abflußöffnung 124a abgegeben zu werden, wodurch die weniger viskose Komponente aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten wirksam abgesondert wird.

In den oben beschriebenen Prozessoren 100 und 100a blockiert die Stirnwand 126 bzw. 126a die nahe dem Auslaß der Kammer angeordnet ist, die Stromabwärtsbewegung des Materials, wodurch das Material für die Trennung gesammelt und unter Druck gesetzt wird. Stattdessen kann ein gesondertes, umgehbares Blockierelement tür die notwendige Blockierung sorgen und nahe dem Auslaß und stromaufwärts in der Kammer zwischen dem Auslaß und der Abflußöffnung angeordnet sein.

Der Drehprozessor 200 nach den Fig. 7-11 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Phasentrennkammern. Der Drehprozessor 200 enthält einen Rotor 202, der auf der Antriebswelle 204 befestigt und in dem Gehäuse 206 drehbar ist. Der Rotor 202 trägt Verarbeitungskanäle 208, 210 und 212 (Fig. 7), die jeweils entgegengesetzte Seitenwände 214, 216 bzw. 218 haben, welche sich von der Rotoroberfläche 220 aus nach innen erstrecken. Die Einrichtung 222 zum Drehen des Rotors 202 kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein, wie sie üblicherweise zum Drehen von Extrudern oder von ähnlichen Verarbeitungsvorrichtungen benutzt wird. Das Gehäuse 206 ist mit der koaxialen Verschlußoberfläche 224 versehen, die gemeinsam mit der Oberfläche 220 des Rotors 202 und mit den Kanälen 208, 210 und 212 die verschlossenen Verarbeitungskammern 226, 228 und 230 bildet. Die Verarbeitungskammern 226, 228 und 230 können für Parallelbetrieb angeordnet sein, was größere Verarbeitungsleistungen ergibt, oder können so angeordnet sein, daß mehrere Verarbeitungsstufen in Serie arbeiten, wie es in den Fig. 8-11 gezeigt ist, was eine größere Verweilzeit für die weitere Trennung ergibt.

Fig. 8 zeigt eine erste Kammer 226, die die erste Verarbeitungsstufe bildet. Die Kammer 226 ist mit dem Einlaß 232 des Prozessors, dem Auslaß 234a und der Abflußöffnung 236 versehen, die jeweils in dem Gehäuse 206 gebildet sind. Das stationäre Stauteil 240 bildet die Endwand 238, die eng in

die Kanuner nahe dem Auslaß 234a eingepaßt ist. Fig. 9 zeigt die zweite Verarbeitungskammer 228, die die zweite Verarbeitungsstufe des Prozessors bildet. Die Kammer 228 hat den Einlaß 234b, den Auslaß 242a und die Abflußöffnung 244, die jeweils in dem Gehäuse 206 gebildet sind. Das stationäre Stauteil 248 bildet die Endwand 246, die eng in die Kammer nahe dem Auslaß 242a eingepaßt ist. Fig. 10 zeigt die dritte Verarbeitungskammer 230, die die dritte Verarbeitungsstufe des Prozessors bildet. Die Kammer 230 hat den Einlaß 242b, den Auslaß 250 des Prozessors und die Abflußöffnung 252, die jeweils in dem Gehäuse 206 gebildet sind. Das stationäre Stauteil 256 bildet die Endwand 254, die in die Kammer nahe dem Auslaß 250 eng eingepaßt ist.

In der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 11 gezeigt ist, verbinden Materialüberleitungsnuten 234 und 242 (die jeweils in dem Gehäuse 206 gebildet sind) die Kammern des Prozessors zur Überleitung des Materials aus einer Kammer in eine andere in Serie zur weiteren Verarbeitung. Die Uberleitungsnut 234 bildet den Auslaß 234a der Kammer 226 und den Einlaß 234b der Kammer 228, wogegen die Uberleitungsnut den Auslaß 242a der Kammer 228 und den Einlaß 242b der Kammer 230 bildet, so daß diese Überleitungsnuten die Kammern zur Materialüberleitung in Serie miteinander verbinden.

Im Betrieb wird Material dem Prozessor 200 über den Einlaß 232 (Fig. 8 und 11) der Kammer 226 durch Gefälle- oder Druckzuführung zugeführt und durch die rotierenden Seitenwände 214 zu der Endwand 238 hin mitgenommen. An der Endwand 2 38 wird das Material als Umwälzbad 264 (Fig. 11) gesammelt und unter Druck gesetzt, damit ein Teil der weniger viskosen Komponente aus dem Material abgeschieden wird, wie es oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben worden ist. Die weniger viskose Komponente 266 fließt aus der Kammer 226 über die Abflußöffnung 236 ab, wogegen das in dem Umwälzbad 264 verbleibende Material aus der Kammer 226 über den Auslaß 234a abge-

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geben und über die Überleitungsnut 234 zur weiteren Verarbeitung in die Kammer 228 geleitet wird.

Material, das noch Tröpfchen der weniger viskosen Komponente enthält, tritt in die Kammer 228 über den Einlaß 234b ein (Fig. 9 und 11) und wird durch die Seitenwände 216 der Kammer zu der Endwand 24 6 gezogen. An der Endwand 24 6 sammelt sich das Material als Umwälzbad 268 (Fig. 11) und wird unter Druck gesetzt, um die weniger viskose Komponente weiter aus dem Material abzuscheiden, wie es oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben worden ist. Die weniger viskose Komponente 270 fließt aus der Kammer 228 über die Abflußöffnung 244 ab, wogegen das in dem Umwälzbad 268 verbleibende Material aus der Kammer 228 über den Auslaß 242aabgegeben und über die Materialüberleitungsnut 24 2 zur weiteren Verarbeitung in die Kammer 234 geleitet wird.

Material, das in die Kammer 230 über den Einlaß 242b eintritt (Fig. 10 und 11), wird durch die Seitenwände 218 zu der Endwand 254 mitgenommen. Das Material sammelt sich an der Endwand 254 als Umwälzbad 272 (Fig. 11) und wird unter Druck gesetzt, um die weniger viskose Komponente noch weiter aus dem Material abzuscheiden, wie es oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben worden ist. Die weniger viskose Komponente 274 fließt aus der Kammer 230 über die Abflußöffnung 252 ab. Die Abflußöffnungen 124, 124a, 236, 244, 252 können so ausgebildet sein, daß der Durchtritt der viskoseren Komponente durch die Abflußöffnung minimiert wird, beispielshalber durch Vorsehen eines Gitters 253, das an der Abflußöffnung 252 in Fig. 11 gezeigt ist, oder durch eine andere Einrichtung, die die einzelne Abflußöffnung bedeckt und mehrere engen Abstand voneinander aufweisende kleinere öffnungen bildet. Das in dem Umwälzbad 272 verbleibende Material, das eine minimale Menge der weniger viskosen Komponente enthält, wird aus dem Prozessor über den Auslaß 250 abgegeben.

Wenn Materialien verarbeitet werden, bei denen die Wahrscheinlichkeit der Abscheidung durch den Prozentsatz der weniger viskosen Komponente in dem Material in jeder Stufe nachteilig beeinflußt wird, kann die weniger viskose Komponente, die aus jeder Kammer abfließt, in eine weitere Kammer des Prozessors 200 geleitet werden. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 11 gezeigt, wobei das Zurückleiten der weniger viskosen Phase im Gegenstrom erzielt wird, indem die weniger viskose Komponente, die aus einer oder mehreren stromabwärtigen Kammern (z.B. 230 und 228) abgeflossen ist, gesondert gesammelt wird, die gesammelten Flüssigkeiten unter Druck gesetzt werden (durch Pumpen 276) und die unter Druck gesetzten Flüssigkeiten wieder in eine oder mehrere stromaufwärtige Kammern (z.b. 278 bzw. 280) eingeleitet werden.

Bei der Verarbeitung von gewissen Materialien und/oder unter gewissen Verarbeitungsbedingungen kann es erwünscht sein, eine oder mehrere der Kammern des Prozessors 200 auf eine Weise zu modifizieren, die der oben für den Prozessor 100 beschriebenen und in den Fig. 5 und 6 dargestellten gleicht, um den Trennungswirkungsgrad des Prozessors zu optimieren. Außerdem sind die Kammern 226, 228 und 230 gemäß der Darstellung in den Fig. 7-11 mit gleichem Aufbau und gleicher Verarbeitungskapazität versehen. Unter gewissen Verarbeitungsbedingungen und/oder bei gewissen Materialien kann es jedoch erwünscht sein, unterschiedlich aufgebaute Kammern vorzusehen, beispielsweise durch ftndern der Größe des Spalts zwischen den Seitenwänden aufeinanderfolgender Kammern, wenn sich das Material stromabwärts durch den Prozessor bewegt, um das Druckaufbauvermögen jeder Kammer einzustellen und den Trennungswirkungsgrad innerhalb der aufeinanderfolgenden Kammern zu optimieren.

Der Drehprozessor 200 nach den Fig. 7-11 hat drei Verarbeitungskammern, die durch die Materialüberleitungsnuten in Serie miteinander verbunden sind. Es sind jedoch andere Kon-

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figurationen von mehrstufigen Drehprozessoren zur Phasentrennung möglich. Beispielsweise können mehr oder weniger Kammern vorgesehen werden und die Kammern können für Parallel- oder Serienbetrieb oder für eine Kombination von Parallel- und Seriienbetrieb angeordnet werden. Außerdem können die Kammerteile stromaufwärts des Bades auf Atmosphärendruck gehalten oder unter Druck gesetzt oder evakuiert werden. Die vorstehende Beschreibung und die folgenden, nicht als Einschränkung zu verstehenden Beispiele zeigen, daß aufgrund der beschriebenen Anordnung der Verarbeitungselemente und der Verarbeitungsbedingungen eine beträchtliche Trennung der Phasen des Gemisches erzielt werden kann.

Beispiel 1

Ein Drehprozessor ähnlich dem mit Bezug auf Fig. 6 beschriebenen wurde benutzt, um ein heterogenes Gemisch aus 20 Vol.-% Wasser in einer kontinuierlichen Phase von SiIikonöl (Viscasil-60000, hergestellt von der General Electric Co., mit einer Viskosität von 6000 cPas (60000 cp)) zu trennen. Der Rotor hatte einen Durchmesser von 266,7 mm und einen einzelnen T-förmigen Kanal mit einer Tiefe von 66,7 mm und einer Breite von 25,4 mm in dem äußeren Teil und einem keilförmigen inneren Teil mit einer Tiefe von 54,0 mm, dessen Breite sich von 3,6 mir, an der Wurzel des Kanals bis 6,4 mm änderte.

Das Gemisch wurde durch Druckzuführung der Kammer bei Raumtemperatur mit ungefähr 22 ml/min zugeführt. Mehrere Durchläufe wurdenbei verschiedenen Rotordrehzahlen gemacht. Das abgeschiedene Wasser, das aus der Abflußöffnung austrat, enthielt kein öl. Das abgeflossene Wasser, das im stationären Zustand während jedes Durchlaufes gesammelt wurde, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 12 graphisch dargestellt, wobei der Trennungswirkungsgrad ein Verhältnis des Volumens des abgeschiedenen und abgeflossenen Wassers zu dem Volumen des dem Prozessor an seinem Einlaß zugeführten Wassers während eines einzelnen Durchlaufes durch die eine

Verarbeitungskammer dar stell t.

Beispiel 2

Ein heterogenes Gemisch von etwa 6,72 Vol.-% Wasser in einer kontinuierlichen Phase von vorgeschmolzenem Polystyrol (Lustrex, Crystal 327, hergestellt von der Monsanto Co.) wurde durch Druckzuführung mit etwa 34 kg/h einem Prozessor nach der Erfindung zugeführt. Der Rotor hatte einen Durchmesser von 190,5 mm und trug einen Kanal, der im Querschnitt T-förmig war und eine Tiefe 41,3 mm aufwies, in seinem äußeren Teil 25,4 mm breit war und einen inneren Teil mit einer Breite von 6,4 mm und einer Tiefe von 33,0 mm hatte. Eine einzige Strömungsleitvorrichtung wurde in dem Kanal nahe dem Einlaß benutzt, um die Strömung des eintretenden Polymers zu der Wurzel des Kanals umzuleiten.

Die Temperatur des Polymers wurde auf etwa 205 ⁰C gehalten. Ein einstellbares Auslaßventil wurde benutzt, um den Druck und die Größe des Umwälzbades in der Kammer zu steuern. Zum Vermeiden des Verdampfens des Wassers beim Anfahren bei den Betriebstemperaturen wurde die Kammer am Anfang bis zum Sättigungsdruck (etwa 1479 kPa (14,6 atm)) durch das Einleiten von gasförmigem Stickstoff über das Abflußloch unter Druck gesetzt. Zum Erreichen des stationären Zustands wurde die Bildung von etwas Dampf gestattet, um den Stickstoff als Druckbeaufschlagungsmittel alimählich zu ersetzen. Im stationären Zustand wurde der Stickstoff nur intermittierend benutzt, um die Abflußöffnung freizumachen. Jeder Dampf, der über die Abflußöffnung entwich, wurde kondensiert und mit dem abgeflossenen Wasser gesammelt. Wegen der Größe des Umwälzbades, das erforderlich ist, um unter diesen Bedingungen zu arbeiten, wobei die Badgrenze eine Mindestwinkelposition von etwa 160° ab dem Einlaß erreicht, wurde die Abflußöffnung etwa 75° von dem Einlaß entfernt angeordnet. Mehrere Durchläufe wurden bei verschiedenen Rotordrehzahlen gemacht.

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Die Ergebnisse sind graphisch in Fig. 13 gezeigt, wobei der Trennungswirkungsgrad ein Verhältnis des Volumens des abgeschiedenen und abgeflossenen Wassers zu dein Volumen des dem Prozessor an seinem Einlaß zugeführten Wassers während eines einzelnen Durchlaufes durch die eine Verarbeitungskammer darstellt. Diese scheinbaren Werte können jedoch niedriger sein als der tatsächliche Trennungswirkungsgrad, da während dieses Hochdruckbetriebes beobachtet wurde, daß kleine Wassermengen ständig aus dem Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse leckten. Es kann angenommen werden, daß eine bessere Abdichtung die Menge gesammelten Wassers und somit den berechneten Wirkungsgrad vergrößert.

Das Material wird in die Drehprozessoren nach den Fig. 3-11 von einer Stelle außerhalb der Prozessoren eingeleitet und aus den Prozessoren an eine Stelle außerhalb des Prozessors abgegeben. Andere Anordnungen sind jedoch möglich. Beispielsweise können die Phasentrennkammern, die in den Fig. 3-11 gezeigt sind, als ein Abschnitt eines mehrere Abschnitte aufweisenden Drehprozessors angeordnet sein. In diesem Fall kann das Material in den Einlaß der ersten Phasentrennkammer über einen Uberleitungskanal von einem Punkt stromaufwärts der Phasentrennkammer eingeleitet werden, beispielsweise von einem Zuführabschnitt aus. Ebenso kann das Material aus der letzten Phasentrennkammer des Prozessors über eine Materialüberleitungsnut an eine Stelle stromabwärts der Phasentrennkammer abgegeben werden, beispielsweise an einen Pumpabschnitt.

Die kommerzielle Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung beinhaltet das Trennen von Gemischen wie Polymer/Lösungsmittel-Systemen bei der Herstellung von Isopren- und Butadienkautschuk, Maissirup/Methanol-Systemen bei der Herstellung von Maissirup, und Öl/Meerwasser-Gemischen, wie sie bei Offshore-ölbohrungen auftreten, um nur einige der Anwendungsfälle zu nennen.

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Demgemäß schafft die Erfindung Prozessoren mit gutem energetischem Wirkungsgrad und Verfahren zum Abscheiden von wenigstens einer Phase eines heterogenen Gemisches von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten.

Claims

Dipl.-ir.f: r .', -■·:> ρ.Γ,ί I'.rUs..' . r.· . c '.Γ' D-όϋν';'. ,..'^)Cf-)! ■ ι 5 Unser Zeichen/Ourref U 905 Dalurn/Dale 17.12.1985 USM Corporation Farmington, Connecticut, V.St.A. Patentansprüche :

1. Verfahren zum Absondern von wenigstens einer Phase eines Materials aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten, gekennzeichnet durch:

a) wenigstens eine stationäre Oberfläche (14);

b) wenigstens eine Oberfläche (18), die in stromabwärtiger Richtung relativ zu der stationären Oberfläche (14) bewegbar ist und mit dieser wenigstens eine geschlossene Verarbeitungskammer (20) bildet, in der ein durch das Mitziehen aufgrund der Viskosität erzeugter Impuls von der sich bewegenden Oberfläche (18) vorzugsweise auf die viskosere Phase (30) des Materials (22) in der Kammer (20) übertragen wird, so daß die viskosere Phase relativ zu der wenige.r viskosen Phase stromabwärts bewegt wird;

c) eine Abflußöffnung (36) für die Kammer (20); und

d) ein Stauteil (24) für jede Kammer (20), das stromabwärts und in einer vorbestimmten Entfernung von der Abflußöffnung (36) und so angeordnet ist, daß es wenigstens teilweise die Stromabwärtsbewegung des Materials (22) durch die Kammer (20) blockiert und das Material als ein Umwälzbad sammelt, so daß das Material unter Druck gesetzt

und wenigstens ein Teil der weniger viskosen Phase aus dem Material abgeschieden werden kann, wobei die abgeschiedene weniger viskose Phase aus der Kammer über die Abflußöffnung (36) abgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

e) einen Einlaß (40)für jede Kammer (20), über den das Material (22) in die Kammer einleitbar ist; und

f) einen Auslaß (38) für jede Kammer (20), über den das verbleibende Material nach der Verarbeitung in der Kammer abgebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (140) zum Steuern des Druckes an dem Einlaß (40, 120) wenigstens einer Verarbeitungskammer (20, 118).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch, eine Einrichtung (142) zum Steuern des Druckes an dem Auslaß (38, 122) wenigstens einer Verarbeitungskammer (20, 118).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußöffnung (252) wenigstens einer Kammer (230) durch eine Einrichtung (253) bedeckt ist, die mehrere engen gegenseitigen Abstand aufweisende, kleine öffnungen aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (146) zum Steuern der Temperatur an einer oder mehreren Oberflächen der Vorrichtung.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet ,

g) daß die bewegbaren Oberflächen (112; 220) durch einen oder mehrere ringförmige Verarbeitungskanäle (108; 208, 210, 212) gebildet sind, die jeweils entgegengesetzte Seitenwände (110; 214, 216, 218) haben und an einem gemeinsamen Rotor (102, 202) vorgesehen sind;

h) daß die stationäre Oberfläche (116; 224) durch eine im wesentlichen zylindrische innere Oberfläche eines Gehäuses (106; 206) gebildet ist, die zu dem Rotor (102; 202) koaxial ist und den oder die Kanäle (108; 208, 210, 212) verschließt, so daß die Verarbeitungskammer oder die Verarbeitungskammern (118; 226, 228, 230), die auf diese Weise gebildet sind, ringförmige Kammern sind, wobei in dem Gehäuse (106; 206) der Einlaß oder die Einlasse (120; 232, 234b, 242b) , der Auslaß oder die Auslässe (122; 234a, 242a, 250) mit Abstand von dem Einlaß oder den Einlassen, der wenigstens einen Hauptteil des Umfangs des Gehäuses (106; 206) ausmacht, und die Abflußöffnung oder die Abflußöffnungen (124; 236, 244, 252) gebildet sind, die am Umfang des Gehäuses (106; 206) zwischen dem Einlaß (den Einlassen) und dem Auslaß (den Auslassen) angeordnet sind; und

i) daß jedes Stauteil (128; 238, 246, 254) mit dem Gehäuse (106; 206) verbunden und stromabwärts und in der Nähe des Auslasses der zugeordneten Kammer (118; 226, 228, 230) angeordnet ist und eng in den Kanal eingepaßt ist, um eine Endwand für die Kammer zu bilden, so daß das Material in jede Kammer durch den Einlaß eingeleitet und an der Endwand blockiert und gesammelt werden kann, so daß wenigstens eine teilweise Abscheidung der weniger viskosen Phase (136; 266) aus dem Material innerhalb jeder Kammer durch den aufgrund des Mitziehens wegen der Viskosität erzeugten Impuls und den Druck, die durch die rotierenden Kanalseitenwände (110; 214, 216, 218) erzeugt werden, erfolgt und die abgeschiedene weniger viskose Phase aus jeder Kammer über die Abflußöffnung abgegeben und das verbleibende Material aus jeder Kammer über den Auslaß abgegeben wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Materialüberleitungsnuten (234, 242), die in dem Gehäuse (206) gebildet sind und den Auslaß jeder Kammer,

mit Ausnahme der stromabwärtigsten Kammer, mit dem Einlaß der nächsten stromabwärtigen Kammer verbinden, so daß das Material, das an dem Auslaß jeder Kammer abgegeben wird, mit Ausnahme der stromabwärtigsten Kammer, zu dem Einlaß der nächsten benachbarten stromabwärtigen Kammer geleitet wird, um eine Mehrstufentrennung zu bewirken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vermischen der weniger viskosen Phase (266) , die an der Abflußöffnung jeder Kammer abgegeben wird, mit Ausnahme der stromaufwärtigsten Kammer, mit dem Material, das in der nächsten benachbarten stromaufwärtigen Kammer verarbeitet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Strömungsleitvorrichtungen

(160) für jede Kammer (118), die mit dem Gehäuse (106) verbunden und zwischen dem Einlaß (120) und der Abflußöffnung

(124) angeordnet sind und sich in die Kammer erstrecken, um die Strömung des in die Kammer eintretenden Materials von der Abflußöffnung wegzuleiten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Strömungsleitvorrichtungen (160) die Abflußöffnung aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verarbeitungskanal (118a) einen im wesentlichen T-fÖrmigen Querschnitt hat, so daß ein radial äußerer Kanalteil (156) vorhanden ist, der axial breiter ist als der übrige, radial innere Kanalteil (158).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (164), die zwischen der Abflußöffnung (124a) und der Auslaßöffnung (122) angeordnet ist, um die Stromaufwärtsbewegung des Materials in dem Umwälzbad durch den radial

äußeren Teil der Kammer (118a) wenigstens teilweise zu blockieren.

14. Verfahren zum Absondern wenigstens einer Phase eines Materials aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einleiten des Materials in eine Verarbeitungszone, die durch wenigstens eine bewegbare Oberfläche, wenigstens eine feststehende Oberfläche, die die Verarbeitungszone umschließt, und ein Stauteil begrenzt ist, welches zwischen den beiden Oberflächen angeordnet ist;

b) Bewegen der bewegbaren Oberfläche(n) in stromabwärtiger Richtung relativ zu der feststehenden Oberfläche(n) und zu dem Stauteil, so daß ein durch Mitziehen wegen der Vis kosität verursachter Impuls von der bewegbaren Oberfläche (n) vorzugsweise auf die viskosere Phase des Materials in der Kammer übertragen wird, was bewirkt, daß die viskosere Phase relativ zu der weniger viskosen Phase stromabwärts bewegt wird; und

c) wenigstens teilweises Blockieren der Stromabwärtsbewegung des Materials durch die Zone an dem Stauteil und Sammeln des Materials an dem Stauteil· als ein Umwälzbad, so daß das Material unter Druck gesetzt und wenigstens ein Teil der weniger viskosen Phase aus dem Material abgeschieden werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Abgeben der abgeschiedenen weniger viskosen Phase aus der Kammer über eine Abflußöffnung.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Verhindern, daß das viskosere Material in die Abflußöffnung gelangt.

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17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Steuern der Temperatur des Materials in wenigstens einem Teil jeder Verarbeitungszone.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt; Steuern des Druckes innerhalb desjenigen Teils der Verarbeitungszone, der nicht durch das Material eingenommen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Material in die Zone in einem Zuführpunkt eingeleitet wird, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Abgeben des übrigen Materials aus der Zone an einem Abgabepunkt .

20. Verfahren zum Absondern wenigstens einer Phase eines Materials aus einem heterogenen Gemisch von unvermischbaren Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einleiten des Materials an einem Zuführpunkt in eine oder mehrere im wesentlichen ringförmige Verarbeitungszonen, die jeweils durch zwei drehbare, im wesentlichen kreisförmige Wände begrenzt sind, wobei eine koaxiale stationäre Oberfläche die Verarbeitungszone(n) umschließt und eine Öffnung hat, die mit jeder Verarbeitungszone in Verbindung steht und als Abfluß dient, und durch ein Stauteil für jede Verarbeitungszone, das stromabwärts und in einer vorbestimmten Entfernung von der Abflußöffnung angeordnet ist;

b) Drehen der kreisförmigen Wände jeder Verarbeitungszone mit im wesentlichen gleichen Geschwindigkeiten und in derselben Richtung von dem Zuführpunkt zu dem Stauteil, so daß ein durch das Mitziehen wegen der Viskosität verursachter Impuls v^n den rotierenden kreisförmigen Wänden vorzugsweise auf die viskosere Phase des Materials in der

Zone übertragen wird, was bewirkt, daß die viskosere Phase relativ zu der weniger viskosen Phase stromabwärts bewegt wird;

c) Blockieren der Stromabwärtsbewegung des Materials durch die Zone an dem Stauteil und Sammeln des Materials an dem Stauteil als ein Umwälzbad, in welchem das Material unter Druck gesetzt und wenigstens ein Teil der weniger viskosen Phase aus dem Material abgeschieden wird;

d) Abgeben der weniger viskosen Phase aus jeder Zone über die Abflußöffnung; und

e) Abgeben des verbleibenden Materials aus jeder Zone an einem Abgabepunkt, der nahe dem Stauteil angeordnet ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Leiten des an dem Abgabepunkt jeder Verarbeitungszone abgegebenen Materials, mit Ausnahme der stromabwärtigsten Zone, zu dem Zuführpunkt der nächsten benachbarten stromabwärtigen Verarbeitungszone.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Vermischen der weniger viskosen Phase, die über die Abflußöffnung jeder Verarbeitungszone abgegeben wird, mit Ausnahme der stromaufwärtigsten Zone, mit dem Material, das in der nächsten benachbarten stromaufwärtigen Zone verarbeitet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Verhindern, daß das viskosere Material in die Abflußöffnung gelangt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Steuern des Druckes, mit welchem das Material in wenigstens eine Verarbeitungszone eingeleitet wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Steuern des Druckes, mit dem das Material aus wenigstens einer Verarbeitungszone abgegeben wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

Steuern des Druckes innerhalb desjenigen Teils der Verarbeitungszone, der nicht durch das Material eingenommen wird.