DE69005365T2

DE69005365T2 - Apparat zum Mischen von Viskosematerialien.

Info

Publication number: DE69005365T2
Application number: DE90810393T
Authority: DE
Inventors: Robert A Janssen
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2010-05-30
Also published as: JPH0321338A; AU5593990A; US4934828A; CA2018252A1; KR910000220A; PT94265A; EP0402317A1; DE69005365D1; ES2047899T3; IE902025L; DD298742A5; ATE98901T1; EP0402317B1; AU626039B2; DK0402317T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zum Zusammenmischen von Materialien zu einer Lösung, die infolge der Vermischung viskos werden sollen oder dazu neigen, viskos zu werden, und insbesondere einen Apparat zum Einmischen eines Pulvers aus festen Teilchen in ein Lösungsmittel, um es aufzulösen, und dann zum wirksamen Rühren der resultierenden Lösung, die danach trachtet, hochviskos zu werden, oder zum Mischen zweier oder mehrerer viskoser Flüssigkeiten, von denen mindestens eine hochviskos ist.
Die Bildung einer Lösung aus einem Material, das ganz viskos ist, durch Lösen eines Pulvers aus festen Teilchen des Materials in einem Lösungsmittel und dann das wirksame Rühren des resultierenden Gemischs, bis das Pulver aufgelöst ist, während welcher Zeit die Lösung hochviskos wird, war ziemlich schwierig zu bewerkstelligen.
Ein Apparat zum Mischen viskoser Materialien, insbesondere zum Verwenden von in Glasfasersysteme eingegossener Harze, ist beispielsweise aus der US-A-3 966 176 bekannt.
Viele im Handel verfügbare Rührkörper zum Durchführen eines solchen Rührvorganges wurden in einem Mischgefäß ausgewertet und haben wegen eines oder mehrerer der nachfolgenden Gründe versagt:
1. Die gesamte Flüssigkeitsströmung vom Rührkörper weg ist radial, was diskrete Flüssigkeitsströmungszonen im Gefäß bildet, mit dem Ergebnis minimaler wechselseitiger Vermischung in diesen Zonen.
2. Die Erzeugung stagnierender Schichten und Zonen in der Flüssigkeit als Ergebnis der speziellen Konstruktion der Schaufeln des Rührkörpers.
3. Eine schlechte Scherwirkung des Rührkörpers gegenüber der Flüssigkeit, was zum unwirksamen Auflösen des Teilchenmaterials im Lösungsmittel führt.
4. Die Wirkung des Rührkörpers beim Pumpen der Flüssigkeit rund um das Gefäß ist zu gering, um zwei Flüssigkeitsreaktionskomponenten, die eine viskose Lösung bilden, innerhalb eines Zeitraums wirksam zu vermischen, innerhalb dessen die Komponenten reagieren.
5. Zu viel Verwirbeln der Flüssigkeit vom Rührkörper, mit der nachfolgenden Erzeugung von Wirbeln und dem Einschluß von Gas in der Lösung.
Um die Verwirbelung der viskosen Flüssigkeit, die gerade gemischt wird, auf ein Mindestmaß zu verringern, wurde vorgeschlagen, im Mischbehälter Prallkörpern vorzusehen, die aus flachen Schaufeln bestehen.
Eine Prallkörperanordnung ist beispielsweise aus der US-A- 4 494 878 bekannt. Wenn solche Prallkörpern ausgewertet werden, werden jedoch, obwohl die Wirbelbildung und das Verwirbeln der Flüssigkeit verringert ist, stagnierende Zonen unmittelbar an der Rückseite solcher Prallkörpern als Ergebnis der hochviskosen Natur der Flüssigkeit und des resultierenden Strömungsmusters gebildet.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Apparat sowohl zum Auflösen eines Pulvers aus Feststoffteilchen aus einem Material, wie etwa einem Polymer, in einem Lösungsmittel für die Feststoffteilchen und dann zum wirksamen Verrühren der resultierenden Lösung, die hochviskos wird, als auch zum wirksamen Verrühren zweier oder mehrerer viskoser Flüssigkeiten vorzusehen, von denen mindestens eine hochviskos ist, um sie ohne die Erzeugung übermäßiger Verwirbelung, Wirbelbildung und nachfolgenden Gaseinflusses zusammenzumischen, sowie auch um eine geeignete Scherwirkung zu erzeugen, um die Feststoffe im Lösungsmittel auf eine kontrollierte und gewünschte Weise aufzulösen oder um die viskosen Flüssigkeiten wirksam zu verrühren.
Zu diesem Zweck ist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung ein Apparat, um Materialien zusammen in eine Lösung einzumischen, die viskos werden sollen oder infolge der Vermischung viskos zu werden trachten, mit einem im wesentlichen zylindrischen, vertikal ausgerichteten Tank, der eine offene Oberseite und einen Deckel aufweist, der am Tank zum Verschließen der offenen Oberseite angebracht ist, wobei der Tank dazu eingerichtet ist, eine viskose Flüssigkeit aufzunehmen, während diese vermischt wird, wobei die obere Fläche der Flüssigkeit sich bei einem Mischpegel im Tank befindet. Ein Rührkörper ist drehbar im Tank angebracht und weist eine vertikale Welle auf, die koaxial zur zylindrischen Achse des Tanks drehbar angebracht ist, eine Anzahl unterer Rührschaufeln, die an der Welle rund um diese mit gleichem Abstand angebracht sind, wobei diese unteren Schaufeln flache, im wesentlichen rechteckige Schaufeln sind, die gegenüber der Vertikalen geneigt sind und mit ihren unteren Kanten lediglich mit geringem Abstand über dem Boden des Tanks liegen, sowie eine Anzahl oberer Schaufeln, die an der Achse rund um diese mit gleichem Abstand und im wesentlichen in der Mitte zwischen den Umfangslagen der Anzahl unterer Schaufeln angebracht sind. Die oberen Schaufeln sind in gleichartiger Weise flache und im wesentlichen rechteckige Schaufeln, die in derselben Richtung wie die unteren Schaufeln gegenüber der Vertikalen geneigt sind, aber unter einem größeren Winkel, und deren untere Kanten mit einem Abstand über den oberen Kanten der unteren Schaufeln liegen und deren obere Kanten unterhalb des Mischpegels liegen. Die radial äußeren Enden der oberen und unteren Schaufeln weisen zur inneren Umfangsfläche des Tanks einen Abstand auf, um einen Prallkörper-Aufnahmeraum festzulegen. Eine Antriebseinrichtung ist mit der Rührkörperwelle zum Drehantrieb des Rührkörpers in einer Richtung angeschlossen, in welcher die oberen Kanten der Schaufeln die Vorderkanten in Drehrichtung und die unteren Kanten die Hinterkanten sind. Eine Anzahl von Prallkörpern ist im Tank mit Abständen rund um den Innenumfang des Prallkörper-Aufnahmeraumes angeordnet, und diese Prallkörper sind sich vertikal erstreckende, stabartige Teile, deren obere Enden über dem Mischpegel liegen und deren untere Enden nur mit geringem Abstand über dem Boden des Tanks liegen. Sie haben eine flache Oberfläche auf der Seite, die der der Drehrichtung der Rührkörperwelle entgegengesetzten Richtung zugewandt ist, sowie eine Oberfläche, die im wesentlichen im horizontalen Querschnitt elliptisch ist und derselben Richtung wie die Drehrichtung der Rührkörperwelle zugewandt ist. Eine Prallkörper-Montageeinrichtung ist zwischen den Prallkörper und der Innenumfangsfläche des Tanks in einer Höhe oberhalb des Mischpegels angeschlossen, um die Prallkörper am Tank anzubringen. Bevorzugt erstrecken sich Streben zwischen den Prallkörpern, um die Prallkörper gegenüber einer Bewegung aus der vertikalen Lage heraus abzustützen.
Bei diesem Apparat teilt der Rührkörper der Flüssigkeit eher eine axiale statt einer radialen Strömung mit. Die axiale Strömung erzeugt im Gefäß ein Gesamt-Flüssigkeitsströmungsmuster, welches die gesamte vertikale Strecke der Flüssigkeit übergreift, wobei eine aufwärts gerichtete Strömung an den Wänden des Gefäßes und eine abwärts gerichtete Strömung an der Rührkörperwelle stattfindet. Mit diesem Apparat kann ein wirksames und effizientes Einmischen von Material aus Feststoffteilchen, wie etwa einem Polymer, in ein Lösungsmittel und dann das Vermischen der resultierenden viskosen Flüssigkeit oder das Vermischen zweier oder mehrerer viskoser Flüssigkeiten oder einer hochviskosen Flüssigkeit und einer niedrigviskosen Flüssigkeit miteinander erreicht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere und weitere Ziele der Erfindung werden aus deren nachfolgender, detaillierter Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wurde, worin:
Fig. 1 ein Aufriß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Mischapparats gemäß der vorliegenden Erfindung ist, vorgenommen längs Schnittlinie 1-1 in Fig. 3;
Fig. 2 ein Aufriß eines schaufeltragenden Abschnitts des Rührkörpers der Fig. 1 ist, vorgenommen aus einer Richtung rechtwinklig zur Richtung der Fig. 1; und
Fig. 3 ein Grundriß ist, der längs Linie 3-3 der Fig. 1 vorgenommen wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Apparat der vorliegenden Erfindung einen Tank 10 auf, der einen Tankkörper 11 in Form eines im wesentlichen vertikal ausgerichteten, geraden Kreiszylinders mit einer oberen Oberseite aufweist, und einen Deckel 12, der entfernbar an dem Tank zum Verschließen der offenen Oberseite angebracht ist. Der Deckel kann durch irgendeine herkömmliche Verschlußeinrichtung, wie etwa Klammern, Schrauben oder dergleichen, befestigt sein, die, da sie herkömmlich sind, nicht gezeigt sind. Der Tank ist dazu eingerichtet, eine Flüssigkeitsmenge aufzunehmen, die eine Lösungsmittelmenge sein kann, in welcher ein Material aus Feststoffteilchen, wie etwa einem Polymer, aufgelöst werden soll, um eine viskose Flüssigkeit zu erzeugen, oder eine Menge an viskoser Flüssigkeit, die aus zwei oder mehreren Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Viskositäten zusammengesetzt ist, von denen mindestens eine hochviskos ist, um zusammengemischt zu werden. Der Tank ist dazu eingerichtet, diese Flüssigkeitsmenge aufzunehmen, wobei die obere Fläche der Flüssigkeit bei einem Mischpegel L im Tank liegt. Der Ausdruck "im wesentlichen gerader Kreiszylinder" betrifft eine geometrische Form, die der eines geraden Kreiszylinders nahekommt, nämlich eine Form mit sechseckigem Querschnitt oder dem Querschnitt einer geometrischen Figur, die mehr als sechs Seiten hat.
Der Tankkörper 11 hat einen herkömmlichen Ablauf 13 in seinem Boden mit einem Ventil 14 zum Steuern des Flüssigkeitsstroms aus dem Tank heraus.
Den Tank umgibt ein herkömmlicher Strömungsmittelmantel 15 mit einem mit einem Ventil versehenen Auslaß 15a am oberen Ende und einem mit einem Ventil versehenen Einlaß 15b am unteren Ende, um ein Strömungsmittel, wie etwa Wasser, durch den Mantel 15 zu leiten, um die Temperatur im Inneren des Tankkörpers 11 zu steuern. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, die Flüssigkeit im Inneren des Tankkörpers zu erwärmen, wird ein heißes Strömungsmittel durch den Mantel 15 geleitet, während dann, wenn eine Abkühlung gewünscht ist, ein kaltes Strömungsmittel durch den Mantel 15 geleitet wird.
Im Inneren des Tanks 10 ist ein insgesamt mit 21 bezeichneter Rührkörper angeordnet, der eine vertikale Welle 22 aufweist, deren unteres Ende an einer Lagerung 22a am Boden des Tanks abgestützt ist und deren oberes Ende sich durch ein Lager 12a im Deckel 12 durch den Deckel 12 hindurch nach außen erstreckt. Während das Lager 22a im Boden des Tanks der Darstellung nach ein einfaches Schublager ist, kann es auch durch geeignete bauliche Änderungen in eine Kombination aus Lager und Ablaufventil umgewandelt werden, wodurch es den Auslaß 13 und das Ventil 14 erhitzt.
An der Welle 22 ist eine Anzahl unterer Rührkörperschaufeln 24 angebracht, die rund um diese mit gleichen Abständen angeordnet sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand 180º. Die unteren Schaufeln 24 sind flache, im wesentlichen rechteckige Schaufeln, wie in Fig. 2 gezeigt, und sind gegenüber der Vertikalen um einen Winkel α geneigt, der von 25 bis 35 betragen kann. Die unteren Kanten der Schaufeln liegen mit nur geringem Abstand von ½ bis 1 cm über dem Boden des Tanks. Der Rührkörper weist ferner mindestens eine Anzahl oberer Schaufeln 25 auf. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es nur eine einzige Anzahl solcher Schaufeln. Diese Schaufeln sind in gleichartiger Weise an der Welle 22 rund um diese mit gleichen Abständen angeordnet, und im bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es zwei solcher Schaufeln, die mit Abständen von 180º angebracht sind. Außerdem liegen diese Schaufeln im wesentlichen in der Mitte zwischen den Umfangslagen der unteren Schaufeln 24. Die oberen Schaufeln 25 sind auch gegenüber der Vertikalen in derselben Richtung wie die unteren Schaufeln 24 und unter einem Winkel β geneigt, der größer ist als der Winkel α und von 35 bis 45º betragen kann. Während beim bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung der Anzahl der oberen Schaufeln zwei beträgt, kann es irgendeine Anzahl bis zu sechs solcher Schaufeln geben. Die oberen Schaufeln 25 betragen etwa ein Fünftel der Breite der unteren Schaufeln 24, quer zur Länge der Stirnfläche der Schaufeln und parallel zur Stirnfläche gemessen, und die radiale Abmessung der oberen Schaufeln ist dieselbe wie die radiale Abmessung der unteren Schaufeln.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die unteren Schaufeln mit der Welle an einem Punkt verbunden, der ein wenig näher an deren unteren Kante 24b liegt als der Mittelpunkt der Breite der Schaufel. Die oberen Schaufeln sind mit der Welle an einem Punkt in der Mitte längs ihrer Breite verbunden, und dieser Punkt liegt etwa dreimal weiter über dem Boden des Tanks als der Montagepunkt der unteren Schaufeln.
Die radial äußeren Enden der unteren und oberen Schaufeln 24 und 25 enden an einem Punkt, der einen Abstand zur inneren Umfangsfläche des Tankkörpers 11 aufweist, so daß hierzwischen Prallkörper-Aufnahmeräume freigelassen werden.
Die Welle 22 erstreckt sich bis über den Deckel 12 und ist dort mit einer Antriebseinrichtung 23 zum Drehantrieb der Rührkörperwelle verbunden. Diese Antriebseinrichtung kann ein Elektromotor sein, dessen Ausgangswelle unmittelbar mit der Antriebswelle 22 verbunden ist, sowie eine Einrichtung zum Steuern der Drehzahl eines solchen Motors, oder kann ein indirekt durch eine Übertragungseinrichtung mit der Welle 23 verbundener Elektromotor sein, mit einer Einrichtung, um das Übersetzungsverhältnis und/oder die Drehzahl des Motors zu steuern. Diese Antriebseinrichtung ist herkömmlich und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung, und wird dementsprechend nicht weiter beschrieben.
Die Antriebseinrichtung treibt die Rührkörperwelle in einer Drehrichtung an, in welcher die oberen Kanten 24a und 25a der Schaufeln 24 und 25 die vorderen Kanten in Drehrichtung bilden, und die unteren Kanten 24b und 25b, die hinteren Kanten. Die Antriebseinrichtung treibt den Rührkörper hinlänglich schnell an, um eine Rührkörper-Reynoldszahl NRe von 10 bis 10.000 vorzusehen, wobei worin Da der Rührkörperdurchmesser ist, N die Drehzahl in s&supmin;¹ (U/s), p die Flüssigkeitsdichte und µ die Viskosität.
Eine Anzahl von Prallkörpern 17 ist im Tankkörper 10 mit Abständen rund um die Innenumfangsfläche des Tanks und im Prallkörper-Aufnahmeraum S angeordnet. Es kann drei bis sechs solcher Prallkörper geben. Die Anzahl der Prallkörper steht in Zuordnung zur Größe des Tanks, wobei eine kleinere Anzahl von Prallkörpern geeignet ist für einen kleineren Tank und eine größere Anzahl für einen größeren Tank, und sie sind mit einem Abstand von etwa 1/20 des Tankdurchmessers von der Innenumfangsfläche des Tanks angeordnet. Prallkörper-Tragehalter 18 sind an der Innenumfangsfläche des Tanks in einer Lage oberhalb des Mischpegels L angeordnet und bestehen aus insgesamt U-förmigen Elementen zur Aufnahme von Halter-Eingriffsträgern 18, die von den Prallkörpern 17 radial nach außen abstehen.
Die Prallkörper sind sich vertikal erstreckende, stabartige Teile, deren obere Enden oberhalb des Mischpegels L liegen und deren untere Enden mit nur einem kleinen Abstand über dem Boden des Tanks liegen. Sie weisen jeweils eine flache Frontfläche 17c auf jener Seite auf, die in der Richtung gewandt ist, die der Drehrichtung der Rührkörperwelle 22 entgegengesetzt ist, und eine Oberfläche 17d auf der Rückseite des Prallkörpers, d.h. jener Seite, die in dieselbe Richtung wie die Drehrichtung der Rührkörperwelle gewandt ist. Die Oberfläche 17d weist eine Form auf, die einen Querschnitt von im wesentlichen einer halben Ellipse aufweist, wobei eine Hälfte der Hauptachse bzw. größeren Achse e senkrecht steht zur Frontfläche l7c. Die Länge der Achse e ist bevorzugt 1/20 des Innendurchmessers des Tankes. Die Breite der Prallkörper-Stirnfläche 17c, d.h. die Abmessung in radialer Richtung des Tanks, beträgt etwa 1/20 des Durchmessers des Tankkörpers 11.
Die radial äußersten Enden der Schaufeln 24 und 25 weisen einen Abstand von etwa 1/20 des Durchmessers des Tankkörpers 10 zur innersten Kante der Prallkörper auf.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Prallkörper mit einem Satz Streben 20 zusammengefügt, die sich insgesamt in Umfangsrichtung des Tankkörpers 11 erstrecken und an die jeweiligen Oberflächen der in Umfangsrichtung benachbarten Prallkörper angefügt sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Streben nach außen mit einer solchen Krümmung gekrümmt, die konzentrisch ist zur Krümmung der inneren Umfangsfläche des Tankkörpers, und sind Stäbe mit kreisförmigem Querschnitt. Die Streben können im Querschnitt jedoch auch anders als kreisförmig sein, und können, statt konzentrisch gekrümmt zu sein, gerade oder weniger als konzentrisch gekrümmt sein.
Im bevorzugten Ausfünrungsbeispiel ist mindestens eine weitere Gruppe von Streben 20a vorgesehen, die mit einem Abstand unterhalb der Streben 20 angeordnet sind und in der Ausbildung den Streben 20 entsprechen. Die unterste jeder solcher zulässiger Streben ist oberhalb des Mischpegels L angeordnet. Ferner können die Prallkörper 17 Wand-Eingriffsträger 17b aufweisen, die sich von diesen aus auswärts erstrecken und in die Innenumfangsfläche des Tanks eingreifen. Diese Wandeingriffsträger liegen bevorzugt in derselben Höhe wie die zusätzlichen Streben 20a vor. Die Streben 20 und 20a und die zusätzlichen Träger 17b stützen die Prallkörper 17 gegenüber einer Bewegung aus der vertikalen Lage ab. Wenn die Prallkörper 17 jedoch hinlänglich starr sind, können die Streben weggelassen werden.
Im Betrieb wird zum Einmischen eines Teilchenmaterials in ein Lösungsmittel und dann zum Umrühren der sich ergebenden Mischung, während welcher Zeit die Lösung hochviskos wird, der Tank 10 zuerst mit einem Lösungsmittel bis nahe zum Mischpegel L gefüllt, und dann wird das Teilchenmaterial schrittweise zugesetzt, wenn die Antriebseinrichtung 23 die Welle 22 zum Drehen der Schaufeln 24 und 25 in der Richtung antreibt, wie sie durch einen Pfeil in Fig. 3 gezeigt ist. Die Lage der unteren Kante 24b der unteren Schaufeln dicht am Boden des Tanks veranlaßt die Schaufeln, eine hohe Strömungsmittel-Pumpwirkung auf die Lösung auszuüben, um sie nach unten, in Umfangsrichtung und nach außen in Umlauf zu versetzen, und somit auch nach oben längs der Innenfläche der Wand des Tankkörpers 11. Es wird auch eine hohe Scherwirkung erzeugt. Die oberen Schaufeln 25 bewirken es, die Flüssigkeit im oberen Abschnitt des Tanks in einer Richtung nach unten zu pumpen. Diese Schaufeln sind vorgesehen, weil sich während der Versuchsarbeiten, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, herausgestellt hat, daß die unteren Schaufeln 24 alleine keine ausreichende Kapazität aufweisen, um die Flüssigkeit im Tank nach unten zu ziehen, um das obere Drittel der Flüssigkeit in Bewegung zu halten. Die Wirkung der oberen Schaufeln 25 erzeugt nicht nur eine abwärts gerichtete Wirkung auf die Teilchen, die auf der Flüssigkeitsoberfläche oder in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmen können, sondern liefert auch Flüssigkeit und Teilchen an die unteren Rührkörperschaufeln, um sie zu veranlassen, wirksam zu arbeiten. Zusätzlich erzeugen die oberen Schaufeln einen Gegendruck auf die Flüssigkeit, die vom oberen Abschnitt des Tanks herkommt, gegen die Rückseite der unteren Schaufeln 24, was das Verflüchtigen irgendwelcher Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt, die in der Flüssigkeit vorliegen können, infolge des verringerten Drucks längs der Rückseite der unteren Schaufeln verhindert, der durch die Drehung der unteren Schaufeln durch die Flüssigkeit verursacht wird. Als Ergebnis erzeugt die Kombination eine Drehbewegung, die dem Strömungsmittel in Umfangsrichtung des Tankkörpers 11 mitgeteilt wird, sowie der axialen Bewegung, die dieser mitgeteilt wird, wobei die axiale Bewegung eine Aufwärtsströmung längs der Wände des Tanks und eine Abwärtsströmung nahe der Rührkörperwelle aufweist, eine rasche, wirksame Einmischung der Teilchen in das Lösungsmittel und hält die viskose Flüssigkeit sowohl gut vermischt als auch in Umlauf innerhalb des Tanks 11.
Experimente mit dem Apparat haben gezeigt, daß der Apparat korrekte Strömungsmittel-Strömungsmuster und eine Mischwirkung erzeugen kann, die ausreichend ist, um eine Lösung zu handhaben, die eine Viskosität von bis zu 5000 10&supmin;³ Pas (CPS) aufweist, und die eine flüchtige Komponente enthält. Es hat sich herausgestellt, daß Bedienungspersonen imstande waren, die Lösungsphase und die chemischen Reaktionen mit demselben Apparat durchzuführen. Es gab nur eine minimale Verwirbelung der Flüssigkeit und umgekehrt keine Erzeugung von Wirbeln, die ein unerwünschtes "Einschlagen" von Gasblasen in die Lösung verursachen.
Wo zwei oder mehr hochviskose Flüssigkeiten vermischt werden sollen oder eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität vermischt werden soll, wird die eine Flüssigkeit in den Tank 11 bis zu einer Tiefe entsprechend dem Anteil der einen Flüssigkeit an der Gesamtmischung eingefüllt, und die verbleibende Flüssigkeit wird in den Tank eingefüllt, um das Niveau der Flüssigkeit bis zum Mischpegel L zu bringen, während der Rührkörper 21 gedreht wird. Dieselben Flüssigkeitsströmungsmuster und dasselbe effiziente Vermischen der Flüssigkeiten wird bei einem solchen Mischvorgang erzeugt, und der Apparat arbeitet so effizient wie zum Einmischen von Teilchenmaterial in ein Lösungsmittel.

BESTE METHODE

Zum Einmischen von teilchenförmigem Polyvinylalkohol(PVA)Polymer in ein Lösungsmittel hierfür, wie etwa Dimethylsulfoxid (DMSO), hatte der Apparat, wie er in den Zeichnungen gezeigt ist, einen Tankkörper 11 mit einer Höhe von 30 cm und einem Innendurchmesser von 19 cm. Zwei untere Schaufeln 24 waren vorgesehen und waren an der Welle 22 unter einem Winkel von 30º zur Vertikalen angebracht und an einem Punkt 4,8 cm über dem unteren Ende der Welle angebracht. Ein Raum von etwa 1 cm war zwischen den unteren Kanten 24b der unteren Schaufeln und dem Boden des Tanks freigelassen. Die Schaufeln 24 waren 11 cm breit und der Außendurchmesser der beiden Schaufeln, wenn sie an der Welle 22 angebracht waren, betrug 13 cm.
Die oberen Schaufeln 25 waren an der Welle 22 in der Höhe von etwa 13 cm vom unteren Ende der Welle aus angebracht und hatten eine Schaufelbreite von 2 cm und waren gegenüber der Vertikalen unter einem Winkel von 40º geneigt. Sie hatten dieselbe Durchmesserabmessung wie die unteren Schaufeln 24.
Die Prallkörper 17 hatten zur Innenumfangsfläche des Tankkörpers 11 einen Abstand von 1 cm, und die Breite der Stirnfläche 17c betrug etwa 17 cm, und die Länge der halben Hauptachse der Ellipse betrug etwa 1 cm. Diese radial äußeren Enden der Schaufeln 24 und 25 hatten einen Abstand von etwa 1 cm zu der Innenkante der Prallkörper 17.
Die Halter-Eingriffsträger 17a hatten eine tragende Fläche etwa 30 cm über dem Boden des Tanks, und die Prallkörper erstreckten sich von etwa 1 cm oberhalb der Halter-Eingriffsträger bis zu einem Punkt, der etwa 1 cm Abstand zum Boden des Tanks aufwies.
Die Welle 22 hatte einen Durchmesser von 0,9525 cm (0,375 Zoll), und die Antriebseinrichtung war so eingestellt, daß sie die Welle mit einer Drehzahl von 200 bis 300 min&supmin;¹ (U/min) antrieb.
Der Apparat wurde betrieben, um etwa 600 g des PVA-Polymers in einem Lösungsmittel aus DMSO in einer Menge von 5000 g zu lösen, um eine viskose Lösung von etwa 5000 10&supmin;³ Pas (CPS) in etwa 4 Stunden bei 60ºC zu bilden.
Es ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Apparat imstande ist, Feststoffpartikel in ein Lösungsmittel einzumischen, um eine hochviskose Lösung zu bilden, oder imstande ist, zwei oder mehr viskose Flüssigkeiten zu vermischen, von denen mindestens eine hochviskos ist, und zwar auf eine rasche und effiziente Weise, ohne übermäßiges Verwirbeln, übermäßige Wirbelbildung und übermäßigen anschließendem Gaseinschluß. Stagnierende Zonen in der Nähe der Schaufeln sind ausgeräumt, um das Ansammeln von festem Polymermaterial an der Wand des Tanks oder an der Schaufel zu verhindern, und die Flüssigkeit im Inneren des Tanks wird nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in einem Muster nach oben längs der Wand des Tanks und nach unten nahe dem Rührkörper umgepumpt, um ein vollständiges Vermischen der Materialien durchgehend über die Flüssigkeitsmenge vorzusehen. Die Flüssigkeit wird der Rückseite der unteren Schaufeln so zugeführt, daß auf diese ein Gegendruck aufrechterhalten wird, um das Flüchtigwerden von Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt zu verhindern, die in der Lösung vorliegen können, und um somit die Erzeugung von Gasblasen in der Flüssigkeitsmenge zu vermeiden. Die Schaufeln führen die Vermischung mit einer minimalen Verwirbelung durch, was im wesentlichen die Wirbelbildung und die Erzeugung des unerwünschten "Aufschlagens" von Gasblasen in der Flüssigkeit verhindert.

Claims

1. Apparat zum Mischen von Viskosematerialien mit

- einem im wesentlichen zylindrischen, vertikal ausgerichteten Tankkörper (11) mit einer offenen Oberseite und einem Deckel (12), der abnehmbar am Tankkörper zum Verschließen der genannten offenen Oberseite angebracht ist, wobei der genannte Tankkörper dazu eingerichtet ist, eine viskose, zu vermischende Flüssigkeit aufzunehmen, und wobei die obere Oberfläche der Flüssigkeit im genannten Tank bei einem Mischpegel (L) liegt;

- einem Rührkörper (21), der drehbar im genannten Tank angebracht ist und eine vertikale Welle (22) aufweist, die koaxial zur Zylinderachse des genannten Tanks angebracht ist, eine Anzahl unterer Rührkörperschaufeln (24), die an der genannten Welle rund um diese mit gleichen Abständen angebracht sind, wobei die genannten unteren Schaufeln (24) flache, im wesentlichen rechteckige Schaufeln sind, die gegenüber der Vertikalen geneigt sind, und mit ihren unteren Kanten nur mit einem geringen Abstand über dem Boden des genannten Tanks liegen, sowie mindestens eine Anzahl oberer Schaufeln (25), die an der genannten Welle (22) rund um diese mit gleichen Abständen und im wesentlichen in der Mitte zwischen den Umfangslagen der genannten Vielzahl unterer Schaufeln (24) angebracht sind, wobei die genannten oberen Schaufeln (25) flache, im wesentlichen rechteckige Schaufeln sind, die gegenüber der Vertikalen in derselben Richtung wie die unteren Schaufeln (24) geneigt sind und mit ihren unteren Kanten mit Abstand oberhalb der oberen Kanten der genannten unteren Schaufeln (24) und mit den oberen Kanten unterhalb des genannten Mischpegels liegen, wobei die radial äußeren Enden der genannten unteren und oberen Schaufeln einen Abstand zur Innenumfangsfläche des genannten Tankkörpers (11) aufweisen, um einen Prallkörper-Aufnahmeraum (S) festzulegen;

- einer Antriebseinrichtung (23), die mit der genannten Rührkörperwelle (22) für den Drehantrieb der genannten Rührkörperwelle verbunden ist;

- einer Anzahl von Prallkörpern (17), die im genannten Tankkörper mit Abständen rund um die Innenoberfläche des genannten Tanks in dem genannten Prallkörper-Aufnahmeraum (S) angeordnet sind, wobei die genannten Prallkörper (17) sich vertikal erstreckende, stabartige Teile sind, deren obere Enden oberhalb des genannten Mischpegels (L) liegen, und ferner eine flache Oberfläche (17c) auf der Seite aufweisen, die in der Gegenrichtung gegenüber der Richtung der genannten Rührkörperwelle weisen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die oberen Schaufeln (25), die an der Rührkörperwelle (22) angebracht sind, gegenüber der Vertikalen um einen größeren Winkel (β) geneigt sind als die genannten unteren Schaufeln;

- die Antriebseinrichtung (23) die Rührkörperwelle (22) zur Drehung in einer Richtung antreibt, in welcher die Oberkanten der genannten Schaufeln die Vorderkanten und die Unterkanten die Hinterkanten sind;

- die unteren Enden der Prallkörper (17) nur mit einem geringen Abstand über dem Boden des Tanks liegen, wobei die genannten Prallkörper eine Oberfläche (17d) aufweisen, die in derselben Richtung wie die Drehrichtung der genannten Rührkörperwelle (22) weist, welche Oberfläche (17d) im horizontalen Querschnitt die Form im wesentlichen der Hälfte einer Ellipse aufweist, wobei die Hauptachse sich in Umfangsrichtung erstreckt;

- eine Prallkörper-Montageeinrichtung (18), die zwischen den genannten Prallkörpern (17) und der Innenumfangsfläche des genannten Tanks angeschlossen ist, in einer Höhe oberhalb des Mischpegels (L) zur Anbringung der genannten Prallkörper am genannten Tank vorgesehen ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner Streben (20) aufweist, die sich zwischen den genannten Prallkörpern (17) erstrecken, um die genannten Prallkörper gegen die Bewegung aus einer vertikalen Position heraus abzustützen.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Prallkörper (17) drei bis sechs beträgt.

4. Apparat nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der unteren Schaufeln (24) zwei beträgt und die genannten unteren Schaufeln einen Abstand von 180º rund um die genannte Welle (22) aufweisen.

5. Apparat nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) der genannten unteren Schaufeln 25º bis 35º beträgt.

6. Apparat nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der unteren Schaufeln (24) im wesentlichen ein halbes Quadrat bildet.

7. Apparat nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der oberen Schaufeln (25) in jeder Anzahl zwei bis sechs beträgt.

8. Apparat nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Anzahl von Anzahlen oberer Schaufeln (25) aufweist, die in vertikaler Richtung längs der genannten Welle (22) einen Abstand aufweisen und alle unterhalb des genannten Mischpegels (L) angeordnet sind.

9. Apparat nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Neigungswinkel (β) der genannten oberen Schaufeln (25) 35 bis 45º beträgt, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die genannte flache Oberfläche (17c) der genannten Prallkörper (17) eine radiale Abmessung von etwa dem Zwanzigstel des Durchmessers des genannten Tanks aufweist, wobei die Hälfte der Hauptachse der elliptischen Fläche (17d) der genannten Prallkörper (17) etwa ein Zwanzigstel des Durchmessers des genannten Tanks beträgt.

10. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Streben (20) gerade Stäbe sind.

11. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Streben (20) gekrümmte Stäbe sind, die nach außen zur Innenoberfläche des genannten Tanks hin gekrümmt sind.

12. Apparat nach Anspruch 10 oder 11. dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von Gruppen von Streben (20) mit Vertikalabstand im genannten Tank vorliegt.

13. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten unteren Schaufeln (24) unter einem Winkel (α) von 30º vorliegen.

14. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten oberen Schaufeln (25) unter einem Winkel (β) von 40º vorliegen.

15. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Prallkörper (17) vier beträgt.

16. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten oberen Schaufeln (25) und die genannten unteren Schaufeln (24) an der genannten Welle (22) in der Mitte der Breite der genannten Schaufeln angebracht sind, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Montagepunkts der genannten oberen Schaufeln (25) etwa das dreifache des Abstands des Montagepunkts der unteren Schaufeln (24) zum Boden der Rührwelle beträgt.

17. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der genannten oberen Schaufeln (25) etwa ein Fünftel der Breite der genannten unteren Schaufeln (24) beträgt.