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Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder physikalischer Prozesse
zwischen flüssigen und zerkleinerten festen Phasen, gegebenenfalls in Gegenwart
von Gasen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer
oder physikalischer Prozesse zwischen flüssigen und zerkleinerten Phasen, gegebenenfalls
in Gegenwart von Gasen. Sie besteht aus einem geschlossenen Behälter mit Einfülltind
Austragsöffnung für festes Material und Flüssigkeit in den zueinander entgegengesetzt
liegenden Stirnwänden und mit einem Ein-und Ablaßventil für Gase, gegebenenfalls
versehen mit einem Heiz- und Kühlmantel Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Durchführung
derartiger chemischer Reaktionen mit Rührwerk in vertikaler oder waagerechter Lage
mit einem Doppelmantel zwecks Beheizung oder Kühlung und den üblichen Armaturen
erfüllen ihren Zweck in den obengenannten Fällen nur in unzulänglichem WIaße, insbesondere
dann, wenn es sich darum handelt, chemische Xealitionen zwischen festen Stoffen
und Gasen in Gegenwart eines flüssigen Mediums als Verteilungsmittel durchzuführen.
Die bekannten Reaktionsgefiiße berrirlien hierbei nicht die erforderiiche, vollkommen
innige Durchdringung der Reaktionsstoffe oder ein genügendes Durcharbeiten des Reaktionsgemisches.
Dies hat sich insbesondere auch bei der Durchführung des HolzTsterzuckerungsprozesses
unter Einwirkung von Halogen'vasserstoff auf die in einem organischen Suspensionsmittel
zu verteilenden Holzspäne gezeigt.
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Die üblichen Rührvorrichtungen sind nicht in der Lage, die mit Hilfe
des Schwebemittels erzielte lockere Verteilung der Späne so lange aufrechtzuerhalten.
als es zur völligen Sättigung der Späne' mit dem Haloenwasserstoff notwendig ist.
Ein vorzeitiges Zusammenballen der Späne kann dabei nicht verhindert, sondern durch
Umpumpen oder Rühren nur beschleunigt werden.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse in den Fällen, wo an Stelle der Holzspäne
andere zerkleinerte feste Substanzen unter sonst ähnlichen Bedingungen behandelt
werden.
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Es wurde nun gefunden, daß das im nachfolgenden beschriebene Rührwerk
imstande ist, die Reaktionsmasse einerseits möglidist lange in loclierer Verteilung
zu halten und andererseits das zähe, breiartige Umsetzungsprodukt restlos aus dem
Reaktionsbehälter zu entfernen.
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Das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß ist dadurch geliennzeichnet,
daß die Hauptachse des in beiden Richtungen drehbaren Rührwerks mit einer Mehrzahl
auf einer Schraubenlinie rings um die Hauptachse angeordneter schmaler, dünner Rührarme
versehen ist, welche in der Schraubenebene liegen und außen durch ein gemeinsames,
der Gestalt
der Innenfläche angepaßtes, die gesamte Wandung bestreichendes
Band miteinander verbunden sind und dadurch, daß die Vorrichtung in an sich bekannter
Weise schwenkbar und in beliebiger Schräglage verwendbar gestaltet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an ßfand der Abbildung in einer
vorzugsweisen Ausführungsform erläutert.
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Das Misch- und Reaktionsgefäß a ist mit einem Mantel b für Kühl-
und Heizzwecke Init Zu und Abfluß umgeben und Inittels einer durch den Schwerpunkt
gelegten horizontalen Achse c auf einem Gestell d gelagert.
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Ein quadrantenähnlicher Viertelkreis e mit Öffnungen dient zum Festhalten
des Gefäl3es am Bodenrand f in jeder beliebigen Zarge zwischen senkrechter und waagerechter
Stellung. I)er Borlen g ist zur Hälfte aufklappbar gestaltet. Das ganze Gefäß hat
vorteilhaft die Form eines Doppelkegelstumpfs tlerartt daß der untere Teil länger
ist als d-er obere.
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Am zweckmäßig abgerundeten Deckel befindet sich ein Mannloch h und
eine verschließbare Öffnung i zum Ablassen von Gasen. Der Eintritt des Gases erfolgt
zeveelmäßig am Boden durch Öffnung k. Die Hauptrührachse l ist von einer Mehrzahl
auf einer schraubenlinie angeordneter Rührarme m umgeben, von denen etwa acht auf
einen Windungsgang kommen, derart, daß die einzelnen Arme durch ein gemeinsames,
an der Gefäßwand entlang streichendes Schrauhenband II, das gleichzeitig als Rührer
und Schaber wirkt, miteinander verbunden sind.
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Die gestrichelte Linie o gibt eine bestimmte Schräglage des Reationsgefäßes
an. I)er Rührwerksantrieb p ist in der Zeichnung nur angedeutet. Er sitzt zweckmäßig
am Rührgefäß selbst und besteht z. B. aus einem Elektromotor mit Getriebe und regelbarer
Umdrehungsgeschwindigkeit.
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Der erfindungsgemäße Rührer wirkt grundsätzlich wie eine vollflächige
Schnecke, indem er das Mischgut je nach dem Drehsinn der Schnecke entweder nach
dem einen oder nach dem anderen Ende der Schnecke hin bewegt. bei senkrechter Stellung
also entweder nach oben oder nach unten. Da es sich bei der erfindungsgemäßen vorrichtung
aber nicht um eine vollflächige Schnecke, sondern gewissermaßen um das Gerippe einer
Schnecke handelt, so muß und soll der Vorschub bzw.
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Auftrieb des Mischgutes entsprechend schwäeher und kürzer erfolgen.
als es hei einer vollflächigen Schnecke der Fall wäre: denn es ist Zweck und Sinn
der Vorrichtung, den @ l,eilchen des Mischgutes einen nur kurzen Auftriebsimpuls
zu erteilen. sei es direkt durch den vorbei streifenden liikrarm. sei es indirekt
durch ein vermittelndes Flüssigkeitsmedium. In jedem Falle gewährleistet die erfidnungsgemäße
Vorrichtung, daß die Teilchen nicht mit der schweren Wucht der bekannten Rührelemente
getroffen und auch nicht dauernd in einer Richtung geschoben werden, sondern nach
Vorbeistreichen des Rührarmes nach unten zurücksinken können.
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Auf diese Weise kommt eine sehr sanfte Aufundabbewegung der Teilchen
unter Vermeidung jeder groben Stoßwirkung zustande und wird das Zusammendrängen
der klebrigen Teilchen vermieden. Bringt man nun die Rührvorrichtung in eine beliebige
Schräglage, so wird der Auftrieb der Teilchen nunmehr in dieser schrägen Richtung
erfolgen, während .las Herahsinlsen der Teilchen nach wie vor mehr oder weniger
senkrecht nach unten erfolgen muß. Da nun aber außer der Aufundabbewegung noch eine
dritte Bewegungsrichtung, nämlich die der Rotation um die Hauptachse herum besteht,
so werden die Teilchen im Laufe der Zeit ohne Anwendung grober mechanischer Kräfte
sehr locker über den gesamten Gefäßraum verteilt und leicht und gründlich ineinander
vermengt. Da aber ferner die Umlaufgeschwindigkeit und der Neigungswinkel des Rührwerks
nach Belieben eingestellt werden können. so läßt sich die Mischwirkung sehr individuell
gestalten und verschiedenen Reaktionen oder der sich andern den Konsistenz eines
Reaktions, lisgemisches sehr fein anpassen. Durch konstruktive Maßnahmen hinsichtlich
Anzahl und Gestalt der Rührarme, Anzahl und Breite der Rührbänder sowie durch Zerlegung
der Rührbänder in Teilstücke, ferner durch Veränderung der Einstellwinkel dieser
Teilstücke läßt sich die Vorrichtung für die verschiedensten Reaktionsprozesse verwenden.
Falls mehrere Schraubenbänder angeordnet werden. müssen sie im Sinne der @ Erfindung
alle im gleichen Windungssinn verlaufen, und mindestens ein Band muß an der Gefäßwand
entlag streifen. Die Rührbänder und Rührarme könnne auch hohl sein und dem Durchfluß
einer Kühl- oder Heizflüssigkeit dienen.
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Es sind wohl Mischvorrichtungen bekannt, die eine gewisse äußere
Ähnlichkeit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweise, insofern als sie kippbar
sind und Rührer enthalten, die Bruckstücke eines Schraubenbandes tragen. Diese Vorrichtungen,
die teils zum Betonmischen, teils zum Teigkneten dieneu, sind aber grundsätzlich
von aber erfindungsgemäßen Vorrichtung verschieden, weil sie nur eine einzige Öffnung
aufweisen, durch die die Masse sowohl eingefüllt als auch entleert wird, während
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl für das Füllen wie für das Entleeren
je eine besondere Öffnung vorhanden ist. Der grundsätzliche
Unterschied
zwischen - beiden Vorrichtungen geht vor allem daraus her-vor, daß bei den bekannten
Niischern zwecks Entleerung die Vertikalachse bis unter die Horizontale herunterkippt,
das Gefäß also gewissermaßen auf den Kopf gestellt werden muß, während hei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung das Gefäß lediglich zur Veränderung der Nilischwirkung und höchstens
um 90° geschwenkt wird. Der tiefere Grund hierfür ist, daß bei der neuen Vorrichtung
das schraubenartige Rührwerk von beiden Enden her zugänglich, bei den alten Vorrichtungen
dagegen auf der einen Seite~ verschlossen ist. Eine Schnecke aber, die nur an einem
Ende offen ist, kann für einen bestimmten Verwendungszweck auch nur in einer Drehrichtung
verivendet rverden, während die beiderseits offene Schnecke in beiden Richtungen
verwendbar ist, wobei das WIischgut im einen Drehsinn nach oben aufgewirbelt und
dispergierend gemischt und im anderen Drehsinn nach unten quantitativ entleert-
wird.
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Infolge der beiderseitigen Zugänglichl;eit der Schnecke können mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch fortlaufende Verfahren durchgeführt werden,
was bei einseitig verschlossenen Schnecken unmöglich ist. Zu diesem Zwecke wird
das zu verarbeitende Material stetig durch die untere Öffnung zu-und das Reaktionsprodukt
durch die obere Öffnung abgeführt. Die Verwendung eines Schneckengerippes an Stelle
einer vollflächigen Schnecke gewährleistet. daß das zu behandelnde Äfaterial eine
gewisse Zeit im Reaktiotisraum verweilt. Durch Verbreiterung des Gefäßquerschnitts
im unteren Teil kann die Verweildauer verlängert werden. Andererseits kann man der
fertig behandelten Masse den Aufstieg zur oberen Ausgang erleichtern, dadurch, daß
man im oberen Teil des Reaktionsgefäßes den Gefäßquerschnitt allmählich enger und
das Schraubenband allmählich breiter gestaltet. Bei schmierigen Stoffen, wie z.
B. bei den Holzverzuckerungsprodukten, können derartige konstruktive Maßnahmen möglicherweise
auch entbehrlich sein.