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Vorrichtung zum fortlaufenden Mischen zweier Stoffe Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum fortlaufenden Mischen zweier vorzugsweise mit einander
eine chemische Reaktion (z. 13. Sulfonierung) eingehender Stoffe, insbesondere einer
Flüssjgkeit mit einem Stoff von breliger oder auch pulverförmiger Beschaffenheit,
bestehend aus einer in einem Hohlzylinder angeordneten Förderschnecke. zum ZU verhindern,
tlaß sich das jeweilige Mischgut zwischen den Schneckengängen festsetzt und sich
mit der Schnecke mitdreht, soll ein stetes Ablösen des Mischgutes von den Flanken
der Schneckengänge und eine an allen Stellen gleichmäßige Zuteilung der beizumischenden
Flüssigkcitcii iii das Fördergut gemäß der Erfindung dadurch bewirkt werden, daß
die Förderschneckengänge hohl ausgel)ildet, ül>er die hohle Schnecke Welle Illit
der Flüssigkeitszuführungsleitung verbunden und die Schraubenflächen der hohlen
Schneckengänge mit Austrittsbohrungen für die Flüssigkeit versehen sind.
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Um bei sonst gleichen Bedingunjgen die durch die Diisen austretende
Flüssigkeitsmenge ändern zu können oder die Vorrichtung auch für Zwecke verwenden
zu können, bei denen ein Flüssigkeitseintritt durch die Schnecke nicht erforderlich
ist, können gemäß der Erfindung die Austrittsöffnungen als auswechselbare Düsenmundstücke
ausgebildet werden, derart, daß alle oder nur einige von ihnen durch 131 ndstopfen
verschlossen werden können.
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Zur Abführung der Reaktionswärme bei der Mischung zweier miteinander
exotherm reagierenden Stoffe oder z.R. um eine Reaktion zweier Stoffe durch Wärmezufuhr
einzuleiten oder eine endotlierme Reaktion aufrechterhalten zu können,
wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die hohlen Schneckengänge einen schraubenlinienförmig
um eine zylinderförmige Hohlnabe gewundenen Kanal bilden und durch mehrere durch
die Zylinderwand der Hohlnabe geführte Verbindung,srohre mit einem auf der einen
Seite in den Nabenhohlraum eingeführten verschlossenen Hohlwel4enendteil verbunden
sind, während sich die Hohlnahe auf der anderen Seite als Hohlwelle fortsetzt, in
der Zu- und Abführungsleitungen für ein Kühl-oder Heizmittel angeordnet sind.
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Diese Wirkung kann auch dadurch gefördert werden, daß das zylindrische
Förderschneckengehäuse für den Umlauf eines Kühl- oder Heizmittels doppelwandig
ausgebildet ist.
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Bei einer bevorzugten Anordnung des Erfindungsgegenstandes ist eine
Drehachse der Förderschnecke vertikal angeordnet, wobei die Schnecke von unten nach
oben fördert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die Ansicht, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch
die Mischvorrichtung, Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch die Förderschnecke und
das Gehäuse und Fig. 4 einen Schnitt durch einen Gang der Förderschnecke und durch
die Flü!ssigkeitszuleitung.
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Die Vorrichtung besitzt ein zylindrisches, doppelwandiges Gehäuse
I und eine Förderschnecke mit Flachgewinde, deren Nahe und Gewindegänge 2 hohl sind.
Der Schneckenkörper besteht selbst aus einer Hohlwelle 4 und einem zylindrischen
Mantel 3, der die hohlen Gewindegänge trägt. Zwischen der mittleren Hohlwelle 4
und dem Mantel 3 befindet sich ein Ringraum, durch den eine Kühlflüssigkeit, z.
1g. Wasser, fließt.
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Der beizumischende oder umzuwandelnde Stoff wird durch den Stutzen
19 in den zylindrischen Hohlkörper I eingebracht. Nach der Behandlung wird dieser
Stoff durch den Stutzen 20 ausgestoßen.
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Der durch den Stutzen 19 angesaugte oder nachfließende Stoff kann
flüssig oder teigig sein. Man kant sogar auch einen staubförmigen Stoff verarbeiten;
für diesen Fall muß die Förderschnecke Gewindegänge von dreieckigem oder rundem
Querschnitt erhalten.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, die Undichtheiten zwischen der
Förderschnecke und dem Pumpenkörper zu vermeiden. Jedoch würde selbstverständlich
der Wirkungsgrad der Vorrichtung bei zu großem Spielraum zwischen der Schnecke und
dem Inmpenkörper wesentlich herabgesetzt. Grundsätzlich soll die Schnecke sich in
dem Zylindergehause sanft reibend drehen.
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Der zweite Stoff, der durch die Hohlräume der Schnecke eingelassen
wird. ist flüssig. Bei sehr hoher Viskösität muß naturgemäß der Durchmesser der
Verteilungsdüsen entsprechend groß sein.
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)iese Flüssigkeit, die aus der Schnecke durch an den hohlen Gewindegängen
angebrachte Düsen fließt. wird durch die Schwerkraft oder durch Überdruck mit Hilfe
eines Rohres I7 eingelassen, das in die drehbar gelagerte Hohlwelle 4 einmündet.
Das Rohr I7 steht fest. Die Abdichtung wird durch eine Stopfbüchse mit Metallringen
6 bewirkt, deren Werkstoff so gewählt sein soll, daß er den Angriffen der Flüssigkeit
widerstehen kann, falls diese korrodierend ist (Säure, Alkali od. dgl.). Die Metallringe
der Stopfbüchse sind in der üblichen Weise derart angeordnet, daß eine Reihe an
der Welle und die andere Reihe an der Büchse anliegt. Die Berührungsflächen zwischen
den Ringen müssen in bezug auf die Wellenachse schräg liegen.
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Die Schnecke trägt am unteren Ende eine weitere Hohlwelle 10, deren
Hohlraum sich an den Ringraum für die Kühlung der Schnecke anschließt.
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Diese Welle tritt aus dem unteren Deckel der Vorrichtung durch eine
Stopfbüchse 14, die ebenso wie die bereits vorstehend beschriebene ausgebildet ist.
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Sie geht dann durch eine mit Kugellager 11 ausgestattete Führung,
welche im Maschinengestell I3 angeordnet ist.
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Die utitere Welle trägt am Ende einen Gußkasten 12, der im unteren
Teil des Maschinengestelles I3 befestigt ist und für den Umlauf der Kühlflüssigkeit
für den Schneckenkörper sorgt. Ein weiteres Gestell 15 ist in gleicher Weise auf
Konsolen des oberen Teils des Pumpenkörpers befestigt und trägt ein Armkreuz, das
mit Hilfe eines Kugeldrucklagers 7 und eines Kugellauflagers 8 die Schnecke 2 trägt
und führt. Die Schneckenwelle trägt entweder ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe
5, die den Antrieb mit geringer. und zwecks einstelll>arer Umlaufgeschwindigkeit,
z. B. zwischen 15 und 50 Umdr./Min., vermitteln.
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Das Gestell 15 trägt einen Stulll l6, der selbst die Stopfbüchse
6 festhält. Am oberen Ende des Zylinderkorpers I ist eine Stopfbüchse 9 mit Metaliringen
angeordnet. Der feststehende Kasten 12 für den Einlaß- und den Auslaß des Kühlwassers
der Schnecke besteht aus einem Gußkörper 31 mit einem Stutzen 32, der mit einer
Kaltwasserleitung für die Kiihlung des Schneckenkörpers verbunden ist. Der Kasten
trägt im oberen Teil eine Stopfhüchse mit Metallringen 33 zur Abdichtung des Einlaßendes
der unteren Welle im Kasten 12. Die Welle trägt dort eine Düse aus Gußeisen oder
Stahl, durch die das in der Schnecke verbrauchte Kühlwasser ausfließt.
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Dieses Wasser wird durch das Rohr 30 zugeführt, das vom oberen Teil
des Schneckenringraumes ausgeht. Durch geeignete Verbindungen ist dafür gesorgt,
daß die Welle I0, das Rohr 30 und die genannte Düse einen starren Körper hilden,
wobei die Düse durch einen zentrierten und geschliffenen Kegelstumpf abgeschlossen
ist.
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Unterhalb ,der Strahldüse ist gleichachsig eine weitere Düse aus
Bronze angeordnet. Der Innendurchmesser dieser zweiten Düse ist etwas größer als
derjenige des Rohres 30 und der ersten Düse, damit das Wasser des Rohres 30 störungsfrei
durch die Düsen fließen kann.
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Das kegelförmige Ende der Stahldüse greift genau in den Hohlkegel
gleichen Winkels der
Bronzedüse, die in den Deckel des Kastens 12
geschraubt ist. Die Stahldüse dreht sich, während die Bronzedüse feststeht. Die
Abdichtung zwischen den Düsen einerseits und dem Innenraum des Kastens 12 anderseits
braucht gegebenenfalls nicht vollkommen zu sein, denn sie ist unwesentlich.
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Um jede Reibung zwischen den Düsen selbst zu vermeiden, genügt es
somit. zwischen diesen beiden Teilen einen kleinen Spalt von beispielsweise 0,1
bis 0,2 mm frei zu lassen, dessen Einstellage durch eine Gegenmutter gesichert werden
kann.
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Der Zylinderkörper 1 ist doppelwandig ausgebildet. Er wird durch
Wasser gekühlt, das durch den Stutzen 21 ein- und durch den Stutzen 18 austritt
(Fig. 2).
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Der Ringraum zwischen der Hohlschnecke 2 und der Welle 4 wird ebenfalls
durch Wasser gekühlt, das lk'i 22 it <leil Kasten 12 eintritt, von unten nach
oben durch das Rohr 10 fließt, dann zwischen der Welle 4 und dem Mantel 3 bis zum
oberen Ende steigt und schließlich durch das Rohr 30 niedergeht, nill durch den
Stutzen 23 dieses Rohres wieder abzufließen.
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In Fig. 2 bezeichnen 28 und 29 Verschlußstopfc n, die in die Schnecke
3 und in den Körper 1 eingeschraubt sind. Diese Stopfen können abgeschraubt werden,
um das Entleeren des Ringraumes zwischen der Schnecke und dem Körper und des Hohlraumes
der Welle 4 zu gestattet.
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Das aus dem Kasten 12 austretende verbrauchte Wasser fließt durch
einen Trichter 39 ab. l)ie Vorrichtung kank mit Registrierwärmemessern versehen
sein, welche die Temperatur der zu verarbeitenden Stoffe und des Kühlwassers anzeigen.
Es können ebenfalls Druckmesser vorgesehen sein, Welle die itl der Vorrichtung herrschenden
Drücke anzeigen. Ferner können Einstellhähne vorgesehen sein, mit deren Hilfe die
Zuführung der miteinander reagierenden Stoffe und die Reaktionstemperatur bestimmt
werden.
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Die Zuführung des <lurcl den Stutzen 19 eintretenden Stoffes ist
selbstverständlich von der Umlaufgeschwindigkeit der Vorrichtung abhängig.
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Zur Regelung der Menge des durch das Rohr 17 eingelassenen lttld von
der Schnecke verteilten Stoffes sittd die Einspritzlöcher in Mundstücken 25 vorgesehen,
die in die Wand der Gewindegänge der Schnecke 2 geschraubt sind. Die Durchflußmenge
wird dadurch eingestellt, daß man Mundstück mit verschieden großen Löchern anwendet
und gegel<enenfalls auch einige nicht gelochte Stopfen vorsieht.
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Jeder Gewindegang ist gewöhnlich mit sechs Mundstücken 25 versehen.
Besitzt die Schnecke sechzehn Gewindegänge, so trägt sie also insgesamt 96 Mundstücke.
Diese können in einer gleichen oder einer verschiedenen Entfernung von der Schneckenachse
liegen. Durch das letztere Mittel wird ein bessers und innigeres Gemisch der von
der Schnecke geförderten Stoffe erzielt.
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Die hohlen Gewindegänge der Schnecke werden von Rohrstutzen 26 gespeist,
deren Durchgangsquerschnitt derart gewählt ist, daß die Schnecke stets die Gesamtheit
des bei 17 eingelassenen Stoffes fördern kann und daß die Düsen eine konstante und
genügend große Flüssigkeitsmenge erhalten.
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Bei gewissen Reaktionen, z.B. beim Sulfonieren, muß die Zuführung
des Reagenzstoffes dem Verlauf der Reaktion entsprechend verändert werden.
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Diese Einstellung kann durch die beschriebene Anordnung verschieden
gelochter Düsen 25 oder nichtgel ochter Stopfen bewirkt werden. Das Gerät eignet
sich z. B. vorzüglich für das Sulfonieren eines aliphatischen Alkohols mit Oleum.
Die Arbeitsweise ergibt sich aus dem Vorangegangenen ohne weiteres.
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Im Vergleich zu bekannten Geräten sind die Vorteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die folgenden: Sie arbeitet in fortlaufender Weise und kann je nach
ihren Abmessungen stündlich mehrere Hektoliter oder Tonnen von Stoffen verarbeiten;
wenn sie mit Meßgeräten und damit gekuppelten Zuführungsreglern ausgerüstet ist,
kann sie ohne Überwachung arbeiten: sie gestattet das sehr innige Mischen, in allen
Mengenverhältnissen, von Stoffen mit sehr abweichenden Viskositäten und spezifischen
Gewichten. Da die miteinander in Berührung gebrachten Stoffe hochsteigen, sind rasche
Ablagerungen schwerer Bestandteile nicht zu befürchten: infolge der leichten Einstellung
der Zuführungsmenge der beiden Stoffe arbeitet die Vorrichtung in sehr anpassungsfähiger
Weise; sie ist raumsparend, in allen Teilen leicht zugänglich und erfordert nur
eine sehr geringe Antriebskraft, weil die in jedem Augenblick bewegte Stoffmenge
gering ist; für exotherme Rekationen besitzt die Vorrichtung eine sehr große Kühlfläche
gegenüber der geringen Masse der zu kühlenden Stoffe. I)ie Reaktion kann somit rasch
ausgeführt werden. Man beschränkt dadurch die Entstehung von Neltenreaktionen oder
Umwandlungen, wie z. B. von Polymerisationen, Verdampfungen usw.; bei endothermen
Reaktionen kann das Kühlwasser durch eine heiße Flüssigkeit oder durch Dampf ersetzt
werden, Hierzu genügt es, die Bauart der Vorrichtung entsprechend zu wählen. Ganz
allgemein kann der feststehende Teil der Vorrichtung aus Gußeisen hergestellt sein.
Der sich drehende Teil kann aus Gußeisen oder aus rostfreiem Stahl bestehen. Die
Steigung der Schnecke, die Zahl der Gewindegänge, die Gestalt des Schneckenganges
werden gemäß den Vorgängen gewählt, die mit der Vorrichtung durchgeführt werden
sollen.
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Die einzigen Stellen, die eine besondere Wartung erfordern, sind
die Stopfbüchsen und die Rohrstutzen 26 zur Speisung der hohlen Gewindegänge der
Schnecke.
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Entsprechend der Größe der Vorrichtung kann das Gewinde der Schnecke
aus einer Metallstange von geeignetem Querschnitt hergestellt werden, die zunächst
gebohrt und dann schraibenförmig gewunden wird, bevor sie mit dem Hauptkörper der
Schnecke verschweißt wird. Für sehr große Vorrichtungen besteht das Gewinde aus
einer Reihe
mehrerer Körper, die durch Schweißen miteinander verbunden
werden.
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Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch als Kühler oder zur
Erwärmung einer Flüssigkeit während ihrer Förderung dienen, wobei die Schnecke als
Pumpe arbeitet. Für diesen Fall müssen die gelochten Diisen durch ungelochte Stopfen
ersetzt werden.