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Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen, insbesondere aus Stoffen,
die in der Wärme bildsam werden, wie Bitumen, Harz und Wachs. Der Zweck der Erfindung
ist, ein Vorrichtung zu schaffen, die solche Dispersionen in ununterbrochenem Arbeitsgang
auf wirksame und wirtschaftliche Weise herstellt.
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Obgleich die Vorrichtung im Zusammenhang mit der Herstellung von
Dispersionen aus Stoffen beschrieben werden wird, die in der Wärme bildsam werden,
so versteht es sich, daß die Vorrichtung auch für andere verwandte Zwecke verwendet
werden kann.
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Ein Verfahren zur Herstellung von solchen Dispersionen besteht darin,
daß man den zu dispergierenden Stoff erwärmt und schmilzt und sodann mit einer erwärmten
Lösung des Dispergiermittels, z.B. einer lösung von Wasserglas, mischt und verrührt.
Die Mischung wird nur verhältnismäßig kurze Zeit gerührt, so daß im wesentlichen,
wenn der zu dispergierende Stoff verseifbar ist, keine Verseifung eintritt. Um die
Verseifung im wesentlichen zu verhindern und ein Zusammenballen der dispergierten
Teilchen zu größeren Ansammlungen zu verhüten, solange sie geschmolzen sind, wird
die Dispersion am besten schnell abgekühlt, sobald sie hergestellt ist, wodurch
die dispergierten Teilchen zum Erstarren gebracht werden.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun in an sich bekannter
Weise einer der an der Bildung der Dispersion beteiligten Bestandteile, vorzugsweise
die dispergierellde Lösung, in einem fortlaufenden Strom zugeführt und umgerührt,
und während sie gerührt wird, wird das zu dispergierende Material eingeführt und
ebenfalls gerührt, und zwar erfolgt die Zuführung in unterbrochenem Strom und mit
einer im voraus bestimmten, gleichbleibenden Geschwindigkeit.
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Kurz ausgedrückt, besteht die Vorrichtung zur Ausführung dieses bekannten
Verfahrens aus folgenden Teilen: Einem Rohr, in dem Rührschaufeln angebracht sind,
und durch das die Stoffe fortlaufend hindurchgeführt werden, einer Einrichtung zur
Zuführung der Stoffe in fortllaufenden Strömen und mit voransbestimmter, gleichbleibender
Geschwindig keit, und Einrichtungen zur Regelung des Verhältnisses der Zuführungsgeschwindigkeit.
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Die Erfindung soll nun an der Hand der beiliegenden Zeichnungen bleschrieben
werden, von denen Fig. I eine Vorderansicht der Vorrichtung mit verschiedenen Hilfsvorrichtungen,
Fig.
2 eine Seitenansicht der Vorrichtung und Fig. 3 eine schräg von oben gesehene Ansicht
darstellt, die die Becher zeigt, durch welche die Stoffe in bestimmter, gleichbleibender
Menge dem Rohr zugeführt werden.
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Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. I.
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Die Fig. 5, 6 und 7 sind Schnitte durch die Linien 5-5, 6-6 und 7-7
der Fig. 4.
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Fig. 8 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht und stellt
eine bevorzugte Form eines Zuführungsbechers dar, der mit einer Einrichtung zur
Regelung der Zuführungsgeschwindigkeit versehen ist.
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Fig. g ist ein Grundriß zu Fig. 8, und Fig. I0, 11 und 12 stellen
verschiedene Einzelheiten zu Fig. 8 und 9 dar.
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In Fig. I ist 2 ein Behälter, in welchem ein -Vorrat des zu dispergierenden,
in der Wärme bildsam werdenden Stoffes, z. B. ein Gemisch von Harz und Paraffin,
geschmolzen gehalten wird. Die Heizung kann z. B. durch Dampfschlangen bewirkt werden.
Die Stoffe können auch in einem dafür geeigneten Schmelzgemaß verflüssigt und dann
in den Behälter gegossen werden. In ähnlicher Weise wird ein Vorrat der Dispergierlösung
in einem Behälter I unterhalten. Beide Behälter werden zweckmäßig mit siebartigen
Scheidewänden I3 und 113 versehen, um etwa in den Rohstoffen enthaltene Verunreinigungen
abzufangen.
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Der verflüssigte Stoff und die Dispergierlösung werden in fortlaufendem
Strome mit vorausbestimmter, immer gleicher Geschwindigkeit einem Rohre 20 zugeführt,
in welchem die Dispersion bewirkt wird. Zu diesem Zwecl\- wird der Stoff aus dem
Behälter 2 fortlaufend durch eine Pumpe 7 abgesaugt, durch das Rohr 8 gedrückt und
in einen die G schwindigkeit regelnden Becher g entleert, der über dem Eintrittsende
des Rohres 20 augeordnet ist. Aus dem Innern des Bechers zweigt ein Überlaufrohr
7a ab, durch welches der Uberschuß der Schmelze in den Behälter 2 zurückläuft. Die
Zuführung durch das Rohr 8 erfolgt in solchem Maße, daß dauernd ein Teil durch das
Rohr 7a überläuft, wodurch also in dem Becher ein annähernd gleichbleibender Flüssigkeitssband
unterhalten und das Flüssigbleiben des Materials gesichert wird. Der Boden des Bechers
g enthält eine Ausflußöffnung von einem im voraus berechneten Durchmesser, so daß
der Stoff durch ein A2blaßrohr I2 ununterbrochen und mit bestimmter gleichbleibender
Geschwindigkeit vermöge seines eigenen Gewichts dem Einlaßende-des Rohres 20 zugeführt
wird.
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Die Dispergierlösung g wird in ähnlicher Weise dem Rohre 20 zugeführt.
Zu diesem Zweck saugt eine Pumpe 3 die Lösung aus dem Behälter 1 und drückt sie
durch ein Rohr 4 in den Zuführungsbecher 5, der über dem Einlaßende des Rohres 20
angeordnet ist.
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Durch ein Überlaufrohr 10 wird wieder die Dispergierlösung in dem
Becher auf leinem beF stimmten Stand gehalten, und der Überschuß der Lösung fließt
in den Behälter I zurück.
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Die Dispergierlösung fließt durch ihre eigene Schwere mit vorausbestimmter)
gleichbiei bender Geschwindigkeit durch eine im Boden des Bechers gebildete Offnung
von bestimmtem Durchmesser in ein Rohr 6 und durch dieses in das Einlaßende des
Rohres 20 ab.
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In Fig. 8 bis 12 ist eine bevorzugte Form eines Zuführungsbechers
70 dargestellt, die entweder für die Dispergierlösung oder für den zu dispergierenden
Stoff oder für beide benutzt werden kann; vorzugsweise mindestens für letzteren.
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Der Becher ist mit einer inneren und einer äußeren Seitenwand 7I,
72 versehen, die um den Becher einen ringförmigen Mantel 73 bilden, durch den ein
geeignetes Heizmittel, z. B. Dampf, geleitet werden kann, um den Stoff in dem Becher
leichter auf der für die Dispersion geeigneten Temperatur halten zu können. Dampfein-
und -auslaßrolire sind mit 74 und 75 bezeichnet; 76 ist das Einlaßrohr für den zu
dispergierenden Stoff und 77 das Überlaufrohr. Ferner ist Vorkehrung getroffen,
um die Geschwindigkeit, mit der das Material' ans dem Becher abfließt, leicht und
genau abändern zu können, so daß das Verhältnis zwischen den Mengen der Dispergierlösung
und des zu dispergierenden Stoffes nach Belieben eingestellt werden kann. Dies ist
sehr wichtig, da die verschiedenen thermoplastischen Stoffe wechselnde Mengen von
Dispergierlösung erfordern, um eine Dispersion der gewünschten Art zu erhalten.
Wie man sieht, erstreckt sich senkrecht durch die Mitte des Bechers ein Rohr 78,
das in den Boden 79 eingepreßt oder sonstwie darin befestigt ist, und dessen oberes
Ende über die Oberkante 98 des Bechers hervorragt. In dem Rohr 78 sitzt drehbar
und oben und unten eng anschließend, in dem mittleren Teil aber etwas verjüngt,
um allzu starke Reibung beim Drehen zu vermeiden, ein Rohr 79a mit einer Oftnung
So, pie sich durch Drehen des Rohres 79a in dem Rohr 78 mehr oder weniger mit einer
Offnung 8I in rclem Rohr 78 zu Deckung bringen läßt. Wie, man sieht, wird die Drehung
mittels eines Hebels oder Einstellgriffes 8 Iv .b'ewirkt er das o,beie, über die
Kante 98 herausragende Ende des inneren Rohres 79a umfaßt. Der Einstellgriff ist
am äußeren Ende mit einem sTeil 83 versehen, der sich nach unten um'davon dà bei
83a nach innen-unter den Flansch 98; erstreckt.
Der Griff 8 pa kann
nach erfolgter Einstellung in bezug auf seine Lage zum Rande des Bechers dadurch
festgestellt werden, daß man eine durch den Griff hindurchgeführte Schraube herunterdreht,
damit einen kleinen mit dem Teil 83 drehbar verbundenen Hebel 85 gegen die Oberfläche
des Flansches gs, drückt und so den Griff 81, festklemmt.
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Der Hebel 85 steht unter der Wirkung einer Zugfeder 86, die zwischen
seinem äußeren Ende und einem Stift 87 am unteren Ende des Teiles 83 ausgespannt
ist und den Hebel 85 gegen das Ende der Schraube 84 gepreßt hält. Am Umfange des
Bechers kann eine Skala 88 angebracht sein, die zweclimäßig so geteilt ist, daß
sie die Geschwindigkeit angibt, mit welcher der Stoff ausfließt, wobei der Teil
83, als Ablesezeiger dienen kann. Das Rohr 79, zusammen mit dem Arm 8I, kann als
Ganzes von dem Becher abgenommen und mit ihm verbunden werden dadurch, daß in dem
Flansch 98, eine I Kerbe 89 eingeschnitten ist, durch die der Teil 83a-hindurchgeht.
Der Becher als Ganzes kann von einem Konsol go getragen werden, das an dem in das
Rohr 20 mündenden Rohr 91 befestigt wird. Das Material fließt dann aus dem Becher
durch die Öffnungen 81 und 80 in das Rohr 91 ab.
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Das Rohr 20 liegt schräg geneigt. In seinem Innern ist axial ein
drehbares Förder-und Rührglied angebracht, das als Ganzes mit 21 bezeichnet ist.
Es besteht aus einer Welle 22, deren unteres Ende in dem Lager 23 liegt, das durch
radiale Arme 24 und Schraubenbolzen 25 im Rohr 20 befestigt ist.
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WIit dem oberen Ende liegt die Welle 22 in dem Lager 27, das durch
eine auf das Rohr 20 aufgeschraubte Kappe 28 getragen und in Stellung gehalten wird.
Die Welle ist mit liühr- und Förderschaufeln 30 besetzt, die im Winkel um die Welle
herumlaufen und, z. B. durch Schweißen, an den Armen von Tragkreuzen 31 befestigt
sind, die in bestimmten Abständen auf der Welle 22 angebracht sind und das Rohr
20 in Abschnitte oder Zonen einteilen. Die, Schaufeln 30 sind schneckenförmig und
liegen von der Welle entfernt, so daß den eingeführten Stoffen außer der Förderbewegung
eine Wirbel- oder Rührbewegung erteilt wird. Zweckmäßig ist die Schneckenlinie der
Schaufeln im oberen Teile der Welle 22 steiler als im unteren Teile, so daß eine
stärkere Bewegung der Stoffe in dem Abschnitt der Vorrichtung verursacht wird, wo
die Stoffe zusammenkommen und die Disperson n bewirkt werden soll. Wie man sieht,
machen die Schaufeln in der oberen kürzeren Zone a zwischen den Tragkreuzen 31 und
3Iti eine Vierteldrehung, während sie zwischen den Tragkreuzen der längeren unteren
Anschnitte b, wo eine genügende Rührung erwünscht ist, um neben der Förderung das
Zusammenballen zu verhindern, auch nicht mehr als eine Vierteldrehung machen.
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Die Welle 22 wird durch eine Antriebswelle 33, mit der sie z. B.
durch eine biegsame Kupplung 34 verbunden ist, in Drehung versetzt. Die Welle 33
kann auf irgendeine passende Weise angetriehen werden, z.B. durch einen Motor 36,
der von der Vorrichtung an einem Arm 37 getragen wird. Die Motorwelle 36a kann zur
Übersetzung auf die verlangte geringere Umlaufzahl am Ende mit einer Schnecke verbunden
sein, die auf ein Schneckenrad am Ende der Welle 33 wirkt.
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Die Dispergierlösung wird aus dem Regulierbecher 5 in die Zone a
der Vorrichtung unmittelbar unter dem obersten Tragkreuz 31 zugeführt, wo dem Stoff
sofort eine starke Wirbel- oder Rührbewegung erteilt wird. Es hat sich gezeigt,
daß die besten Erfolge bei der Herstellung der Dispersion erzielt werden, wenn der
zu dispergierende Stoff mit der Dispergierlösung vermischt wird, während diese in
lebhafter Bewegung ist. Daher wird der zu dispergierende Stoff in die Vorrichtung
oberhalb der Zone eingeführt, in welche die Dispergierlösung eingeleitet wird. Wie
man sieht, wird der zu dispergierende Stoff oberbaliz des obersten Tragkreuzes 3I
in das Rohr 20 eingebracht. Er fließt dann abwärts in die schnell bewegte Dispergierlösung
und wird selbst heftig bewegt und mit dieser gemischt, und das Ergebnis ist die
Dispersion.
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Im Betriebe bildet sich, während die Dispersion im Abschnitt a geformt
und umgerührt wird, durch die Drehung des Kreuzes 31 eine scheinbar vollständige
Scheidewand, die die oberste Zone des Rohres, in welche das zu dispergierende Material
eingeführt wird, und die Zone a unmittelbar darunter, in welche die Dispergierlösung
eintritt, voneinander scheidet. Das Material dringt durch die scheinbare Zwischenwand
in den Abschnitt a ein und wird schnell mit der Dispergierlösung durcheinandergewirbelt.
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Unter Umständen kann jedoch der Vorgang umgekehrt, die Dispergierlösung
über dem obersten Kreu% 3I eingeführt und der thermoplastische, zu dispergierende
Stoff in die Zone a darunter eingeführt und dahin umgerührt werden. Dieses Verfahren
bringt verschiedene Nachteile mit sich, da es der Erzeugung einer gleichförmigen
Dispersion entgegenwirkt oder ein Erstarren des thermoplastischen Stoffes veranlaßt,
ohne eine Dispersion zu bewirken. Mit anderen Worten, es wird mehr eine örtliche
Wirkung befördert als die gleichförmige Dispersionswirkung, wie sie bei der zuerst
erwähnten Arheitsweise erhalten wird.
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Manchmal erscheint es wünschenswert, in
das Rohr
20 an der Stelle, wo die Dispersion erzeugt werden soll, eine gewisse Menge Dampf
einzuführen, weshalb ein Rohr 38 vorgesehen ist, das in das Rohr 6 einmündet und
durch welches Dampf eingeleitet werden kann, der dazu beiträgt, den durch das Rohr
6 eingeführten Stoff flüssig zu halten. In der obersten Zone des Rohres 20 ist außerdem
eine Entlüftung 50 vorgesehen, um in der Vorrichtung passende Druckverhältnisse
aufrechtzuerhalten. Die Abwärtsneigung des Rohres 20 im Verein wit der Förderwirkung
der Schaufeln 21 schafft die Dispersion durch das Rohr 20 nach außen, wo sie in
einem Faß oder einem ähnlichen Behälter aufgefangen wird.
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Um eine Verseifung (wenn ein verseifbarer thermoplastischer Stoff
angewendet wird) im wesentlichen auszuschließen und außerdem das Zusammenfließen
der getrennten Teilchen der geschmolzenen Dispersion zu verhüten, ist Vorkehrung
getroffen, um die Dispersion sofort, nachdem sie erzeugt ist, abzukühlen.
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Zu diesem Zweck ist um das Rohr 20 ein Kühlmantel 51 gebildet, z.B.
durch Anordnung eines Rohres 40 von größerem Durchmesser, wodurch ein Ringraum entsteht,
dessen oberes und unteres Ende durch Ringe 41 abgedichtet sind. Durch den Kühlmantel
kann dauernd Wasser im Gegenstrom zu der Richtung des Dispersionsstroms geleitet
werden. Das Wasser wird in geregelter Menge durch ein Rohr 43 eingeführt, fließt
durch den Mantel nach oben und tritt durch das Abflußrohr 44 aus. Das Austrittsende
der Vorrichtung wird so durch das Wasser auf der niedrigsten Temperatur gehalten,
während die Wassertemperatur nach dem Einlaßende der Vorrichtung zu in dem Maße
steigt, wie der Dispersion die Wärme entzogen wird.
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Schließlich nimmt das Wasser annähernd die Temperatur der Dispersion
im Abschnitt a an und trägt so dazu bei, die Stoffe auf der für eine wirksame Dispersion
erforderlichen Temperatur zu halten. Hierdurch werden die dispergierten Teilchen
sofort nach der Bildung der Dispersion in feinem Zustande abgefangen oder zum Erstarren
gebracht, die , Bildung vor Zusammenballungen wird verhindert, und die Dispersion
wird auf eine annehmbare niedere Temperatur abgekühlt.
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Wenn man will, kann man zur weiteren Verdünnung und Kühlung der Dispersion
eine gewisse Menge Kühlwasser durch ein Rohr I44 in das Rohr 20 einleiten, oder
man kann an dieser Stelle noch andere Stoffe einführen und der Dispersion einverleiben.
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Wie vorher bemerkt, liegt das Rohr 20 im Winkel zur Waagerechten,
um den Vortrieb der Stoffe in der Vorrichtung zu unterstützen.
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Es hat sich gezeigt, daß unter gewöhnlichen Betriebsverhältnissen
ein Winkel von etwa 450 zur Waagerechten die richtige Geschwindigkeit der Entleerung
der Dispersion ermöglicht; es ist aber Vorkehrung getroffen, um diesen Winkel je
nach den geänderten Bedingungen einstellen zu können. Zur Einstellung des Winkels
ist der untere Teil des Rohres 40 mit einem Ohr 47 versehen, das mit einem Zapfen
48 drehbar an der Säule 49 befestigt ist, und der obere Teil des Rohres 20 trägt
auf beiden Seiten einen Zapfen 60, der in einer GabelGI gelagert ist, die teleskopartig
in einer Tragsäule 62 ruht.
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Obgleich' die Erfindung in ihrer besonderen Anwendung auf die Herstellung
von Dispersionen beschrieben worden ist, so versteht es sich, daß dies nur ein Beispiel
ist, und daß die Vorrichtung für verwandte Zwecke oder für irgendwelche anderen
Zwecke, für die sie geeignet befunden wird, verwendet werden kann.