DE976913C

DE976913C - Verfahren und Vorrichtung zum UEberfuehren von geschmolzenem Pech, natuerlichen und kuenstlichen Harzen oder Wachs aus dem fluessigen in den festen Zustand

Info

Publication number: DE976913C
Application number: DER14326A
Authority: DE
Inventors: Julius Dr-Ing Geller; Hans Krieger; Erich Dr-Ing Schweym
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Ruetgers Germany GmbH
Priority date: 1954-06-02
Filing date: 1954-06-02
Publication date: 1965-02-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Uberführen von geschmolzenem Pech, natürlichen und künstlichen Harzen oder Wachs aus dem flüssigen in den festen Zustand Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überführen von geschmolzenem Pech, natürlichen und künstlichen Harzen oder Wachs aus dem flüssigen in den festen Zustand durch fortlaufendes Einführen von Strängen dieser Stoffe durch innerhalb des Kühlmittels befindliche Austrittsdüsen.
Um flüssige Peche, Harze oder Wachse in den festen Zustand zu überführen, leitet man diese Stoffe häufig in großräumige Pfannen, wo sie oftmals in tagelanger Kühlzeit langsam erstarren. Der erstarrte Inhalt dieser Pfannen muß dann in mühseliger Handarbeit durch Hacken entfernt werden (vgl. Wink 1 e r , »Der Steinkohlenteer und seine Aufarbeitung« (i951), S.202, 2o3). Weiterhin hat man bereits vorgeschlagen, Peche, Harze oder Wachse in flüssigem Zustand auf den äußeren Umfang langsam umlaufender Kühltrommeln in dünner Schicht auszugießen. Hierbei kann die Kühlzeit auf wenige Minuten herabgesetzt werden. Diese Vorrichtungen sind aber in ihrer Durchsatzleistung begrenzt und verhältnismäßig kostspielig (vgl. Ullmann, »Encyklopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, Bd. I [195i], S.233).
Ein weiteres Kühlverfahren besteht darin, daß man flüssige Peche, Harze oder Wachse in verhältnismäßig dünnem Strahl in ruhendes oder fließendes Wasser einträgt (vgl. z. B. britische Patentschrift 1o1988; USA.-Patentschriften 1393 383, 2 652 591, 2 652 593, 2 652 594; russische Patentschrift 59 094 u. a. m.). Das Pech, Harz oder Wachs kann dabei nur dann in dünnem Strahl in das Kühlmittel eingeführt werden, damit bei der Abkühlung keine Hohlraumbildungen mit Einschlüssen an Kühlmitteln entstehen. Für ihre Weiterverarbeitung ist aber die weitgehende Befreiung vom Kühlmittel von entscheidender Bedeutung.
Es ist zwar aus den USA.-Patentschriften 2 402 846 und 2 617 148 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um fadenförmige Gebilde z. B. aus Latices, Harzen oder Plasten bzw. geschmolzenen Metallen mit Fadendurchmessern von etwa 0,25 mm zu erzeugen. Die dort beschriebene Vorrichtung läßt sich aber nicht zum Kühlen von Pech, Harzen oder Wachsen in Strängen größerer Dicke, z. B. von 2o bis 30 mm Durchmesser, sondern lediglich zum Härten von Latices zu Gummifäden oder zum Kühlen von Metallfäden anwenden.
Die Erfindung gestattet mit einfachsten Mitteln die fortlaufende Erzeugung verhältnismäßig dicker und massiver Stränge aus Pechen, Harzen oder Wachsen, so daß hohe Durchsatzleistungen erzielt werden können. Das Verfahren kann auf die Abkühlung und Erstarrung verschiedener Peche, beispielsweise aus. Braun- oder Steinkohlen, angewandt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß massive Pech-, Harz- oder Wachsstränge durch eine oder mehrere parallel geschaltete erwärmte Düsen gleichsinnig in einen durch ein Rohr fließenden Kühlmittelstrom eingeleitet werden und daß die sich im Kühlmittel ausbildenden und von diesem allseitig umgebenden und fortbewegten Pech-, Harz- oder Wachsstränge in dem Kühlmittelstroin bis zur hinreichenden Formbeständigkeit verbleiben und anschließend abgetrennt werden.
Es ist weiterhin bekannt, flüssiges Pech dadurch abzukühlen, daß man es durch Düsen ausfließen läßt, die in das Kühlwasser eingetaucht sind.
Der Erstarrungsvorgang der Peche, Harze oder Wachse in einem Kühlmittel hängt von verschiedenen Faktoren ab. So spielen überraschenderweise die Wärmeleitfähigkeit, die Oberflächenspannung und auch die kinematische Zähigkeit sowohl der Peche, Harze oder Wachse als auch des Kühlmittels eine gewisse Rolle. Es hat sich nun gezeigt, daß es in gewissen Fällen vorteilhaft ist, die zu erstarrenden Peche, Harze oder Wachse anfangs mit einem oberhalb ihrer Erstarrungstemperatur erwärmten Kühlmittel zu umgeben und anschließend ein Kühlmittel anzuwenden, dessen Temperatur hinreichend unterhalb der Erstarrungstemperatur der Substanz liegt.
Diese Maßnahme kann man beispielsweise dadurch verwirklichen, daß ein Strom des verwendeten Kühlmittels bis auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemp@eratur der Peche, Harze oder Wachse erwärmt wird und diese Peche, Harze oder Wachse auf einer gewissen Wegstrecke einhüllt. Anschließend wird dieses Kühlmittel mit einem kälteren Kühlmittel derart gemischt, daß die Mischtemperatur des Kühlmittels hinreichend unter der Erstarrungstemperatur der Peche, Harze oder Wachse liegt. Infolge der Verwendung eines bewegten Kühlmittels ist es möglich, den Kühlmittelstrom gleichzeitig zur Förderung des zu kühlenden Stranges zu benutzen. Man wird vorteilhafterweise das, Kühlmittel praktisch mit derselben Geschwindigkeit fließen lassen wie die zu erstarrenden Peche, Harze oder Wachse. Je nach den Umständen liegt es aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zwischen dem strömenden Kühlmittel und den zu erstarrenden Pechen, Harzen oder Wachsen einen Geschwindigkeitsunterschied herbeizuführen.
Sobald die Peche, Harze oder Wachse in dem bewegten Kühlmittel hinreichend erstarrt sind, können sie in an sich üblicher Weise von einer Fördervorrichtung aufgenommen werden, die innerhalb oder außerhalb des Kühlmittels angeordnet ist.
Ebenso besteht die Möglichkeit, in an sich aus der deutschen Patentschrift 688 5o5 bekannter Weise die hinreichend formhaltigen Pech-, Harz-oder Wachsstränge vor der vollständigen Abkühlung bzw. Erstarrung vom Kühlmittel zu trennen und anschließend einer Luftkühlung zu unterwerfen, während der das noch anhaftende Kühlmittel durch die Restwärme der Stränge verdunstet wird.
Bei dieser Arbeitsweise wird der Kern des Stranges im allgemeinen noch flüssig sein. Es ist also auch leicht möglich, den Strang vor oder während der anschließenden Luftkühlung noch vor der endgültigen Erstarrung plastisch zu verformen. Diese Möglichkeit kann man dazu ausnutzen, den Strang durch geeignete Ablenkung in Ringen abzulegen oder mehrere Stränge zusammenzuführen und auf einer gemeinsamen Fördervorrichtung abzulegen.
Je nach den Verhältnissen kann es vorteilhaft sein, den Kreislauf des Kühlmittels aufzuspalten und nur einen Teil des umlaufenden Kühlmittels durch den Rückkühler zu leiten. In diesem Falle wird der nicht gekühlte Teil des Kreislaufes unmittelbar in die Auslaufdüse geleitet, um den Mantel dieser Düse zu heizen. Durch den Einbau von Regelorganen in die Teilstromleitungen kann man das Mengenverhältnis der beiden Teilströme in weiten Grenzen regeln.
Die Peche, Harze oder Wachse können unter eigenem Gefälle oder unter erhöhtem Druck in das Kühlmittel eingeleitet werden. Der Druck bestimmt die Austrittsgeschwindigkeit der Peche, Harze oder Wachse aus der im Kühlmittel angeordneten Düse. Je nach den vorliegenden Verhältnissen kann es zur Erzeugung eines gut ausgebildeten, mehr oder weniger dicken Stranges vorteilhaft sein, die Peche, Harze oder Wachse entweder in ein mit unveränderlicher oder veränderlicher Geschwindigkeit fließendes Kühlmittel einzuleiten.
Ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens zeigt schematisch die Fig. i. Aus dem Behälter i fließt heißes und flüssiges Pech, Harz oder Wachs durch die Rohrleitung 2 der Austrittsdüse 3 zu. Diese Düse 3 ist in der Fig. 2 in größerem Maßstab dargestellt. Die Austrittsdüse 3 ist als Heizmanteldüse dargestellt, deren Heizmantel 4 an der Düsenmündung offen ist. Das über den Erstarrungs-oder Schmelzpunkt des Pechs, Harzes oder Wachses erwärmte Düsenheizmittel tritt durch Anschluß 5 in den Heizmantelraum der Düse 3 ein und verläßt ihn an der Düsenmündung in Richtung des an dieser Stelle austretenden, noch flüssigen Pechs, Harzes oder Wachses.
Im Gleichstrom werden dann Kühlmittel und Strang durch mehrere horizontale oder vertikale Schleifen des Kühlrohres 14 geleitet. Am Ende des Kühlrohres befindet sich ein Schrägrost 15, durch den das Kühlmittel in das Sammelbecken 16 fließt. Der weitgehend abgekühlte Strang wird auf die stetig arbeitende Fördervorrichtung 17 geleitet und kann hier nötigenfalls durch eine Brause 18 nochmals mit dem Kühlmittel benetzt werden. Von dem Förderer gelangt der erstarrte Strang in den Waggon 12.
In das Sammelbecken 16 ist vor der Kühlmittelrückleitung ein Filter i9 eingebaut, um kleinere Partikeln des erstarrten Pechs, Harzes oder Wachses zurückzuhalten. Durch die Leitung 7 saugt die Pumpe 8 das Kühlmittel aus dem Sammelbecken 16 und drückt das Kühlmittel durch den Kühler g und die Leitung io zurück nach dein Kühlrohr 14.
Die Kühlstrecke kann erfindungsgemäß je nach den Verhältnissen geradlinig oder als gestreckte, zylindrische bzw. schraubenförmige oder spiralförmige Schlange mit mehreren Windungen und beliebigem Querschnitt ausgeführt werden.
Zwischen Kühlrohr und Schrägrost bzw. Sammelbecken kann unter Umständen noch eine offene Kühlrinne mit größerem Querschnitt angeordnet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels herabzusetzen.
Zur Steigerung der Durchsatzleistung kann man mehrere Düsen 3 und Kühlrohre 14 mit dem erforderlichen Zubehör auf den Rost 15 und den Förderer 17 arbeiten lassen. Andererseits ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, innerhalb des Kühlrohres 14 mehrere mit Heizmantel ausgestattete Düsen 3 einzubauen und eine entsprechende Anzahl Stränge gleichzeitig durch das Kühlrohr zu führen.
Die Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 3 stellt lediglich eine Variante der Vorrichtung nach Fig. i dar. Während bei dieser der Heizmantel offen ist und das Heizmittel in die Kühlstrecke 14 eintritt, weist die Düse 3 in Fig. 3 einen geschlossenen Heizmantel auf, bei dem das Heizmittel durch Anschluß 5 ein- und durch Anschluß 2o wieder austritt.
Ferner wird bei der Vorrichtung nach Fig. 3 im Gegensatz zur vorher beschriebenen Ausführungsform nur ein Teil des umlaufenden Kühlmittels durch den Kühler g geleitet. Der andere Teil gelangt in erwärmtem Zustande durch die Leitung 21 wieder nach dem Kühlrohr 14. Der rückgekühlte Teil des Kühlmittels wird durch Leitung io in gewisser Entfernung hinter der Düse dem Kühlrohr 14 zugeleitet. Das Mengenverhältnis des ungekühlten und rückgekühlten Kühlmittels kann durch Regelorgane in den Leitungen in weiten Grenzen eingestellt werden. Erfindungsgemäß kann das Kühlmittel längs des Kühlrohres 14 an verschiedenen Stellen eingeleitet werden. Dabei ist vorgesehen, das Kühlmittel durch einzelne oder am Umfang des Kühlrohres gleichmäßig verteilte, tangential oder radial angeordnete Anschlüsse zuzuführen.
In Fig. 2 ist eine Heizmanteldüse 3 für ein strömendes Kühlmittel dargestellt. Hier ist der Heizmantel 4 wiederum an der Düsenmündung offen. Das Düsenheizmittel tritt bei 5 in den Heizmantelraum der Düse ein und verläßt ihn an der Düsenmündung in Richtung des an dieser Stelle austretenden, noch flüssigen Pechs, Harzes oder Wachses. Durch den Anschluß 13 gelangt das strömende Kühlmittel in das die Düse umgebende Kühlrohr 14. Dabei sind Düse, Heizmantel und Kühlrohr konzentrisch zueinander angeordnet, um für Pech-, Harz- oder Wachsstränge und Heiz- bzw. Kühlmittel eine möglichst ungestörte und glatte Strömung zu erreichen. Es ist vorteilhaft, Heizmanteldüsen der geschilderten Art, die unmittelbar im kalten Kühlmittelstrorn liegen, außen mit einer Wärmeisolierschicht zu versehen.
Die von dem warmen Düsenheizmittel umgebenen Pech-, Harz- oder Wachsstränge und das Kühlmittel, dessen Temperatur genügend weit unterhalb des Erstarrungspunktes des Pechs, Harzes oder Wachses liegt, durchfließen in gleicher Richtung das Kühlrohr 14. Dabei mischt sich allmählich das die Pech-, Harz- oder Wachsstränge umgebende Heizmittel mit dem kalten Kühlmittelstrom. Beide Ströme und deren Temperaturen sind so aufeinander abgestimmt, daß die sich einstellende Mischtemperatur hinreichend unterhalb der Erstarrungstemperatur des Pechs, Harzes oder Wachses liegt.
Je nach den physikalischen Eigenschaften der Peche, Harze oder Wachse kann es vorteilhaft sein, Heiz- und Kühlmittel im Kühlrohr 14 geradlinig oder unter Drall mit konstanter, beschleunigter oder verzögerter Strömung fließen zu lassen. Soll die Strömungsgeschwindigkeit unveränderlich bleiben, dann bleibt auch gemäß Fig. 2 der Durchmesser a des Kühlrohres 14 unverändert. Bei einer zu beschleunigenden Strömung verengt sich der Kühlrohrdurchmesser über die Einschnürung b von a auf c. Umgekehrt wird bei einer verzögerten Strömung der Kühlrohrdurchmesser über die Erweiterung d von a auf e vergrößert. Beispiel Die verwendete Vorrichtung bestand ähnlich der Vorrichtung nach Fig. i aus einem Kühlrohr von 47 m Länge in Form von zwei halbkreisförmigen Bögen, die einen Radius von 1,4 und o,65 m aufwiesen. Der Durchmesser des Kühlrohres betrug 8o mm. Die Düse für das Einleiten von Pech war als Heizmanteldüse ausgebildet. Der Heizmantel war an der Düsenmündung offen. Der innere Durchmesser der Düse betrug 28 mm. Als Arbeitsgut wurde Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt von 68° C verwendet. Als Düsenheizmittel diente warmes Wasser, als Kühlmittel wurde kaltes Wasser verwendet. Pech und Kühlmittel wurden nach Verlassen des Kühlrohres gemeinsam in ein Nachkühl-Wasserbecken geleitet, wobei das Pech auf einem Transportband eine q. m lange, unter Wasser liegende Kühlstrecke durchlief und dann mit dem erwähnten Transportband aus dem Becken gefördert wurde.

Die Kühlung wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt

Pechtemperatur ....................... i4.3° C

Für die Düsenbeheizung:

Warmwassertemperatur . . . . . . . . . . . . . 92° .C

Warmwassermenge . .. .... je Stunde 1,2 m3

Für die Kühlstrecke:

Kaltwassertemperatur ...... ... ...... i5° C

Kaltwassermenge . . . . . . . . . je Stunde 43 m3

Mischwassertemperatur

ohne Pech ................ ......... i7° C

mit Pech ........................... i8° C

Wassergeschwindigkeit

im Kühlrohr . . . . . . . . . . . . . je Sekunde 2,58 m

Druck im Schmelzbehälter . . . . . . . . . . . . o,8 atü

Druck an der Düsenmündung . . . . . . . . . . . 0,5 atü

FörderbandgeschwindigkeitjeMinuteetwa 3 m

Kühlstrecke unter Wasser . . . . . . . . . . . . . . q. m

Das ausgekühlte Pech fiel in massiven, an der Oberfläche schwach riffligen Strängen von etwa 25. mm Durchmesser ohne Hohlräume an. Die Durchsatzleistung betrug 3,5 t je Stunde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Überführen von geschmolzenem Pech, natürlichen und künstlichen Harzen oder Wachs aus dem flüssigen in den festen Zustand durch fortlaufendes Einführen von Strängen dieser Stoffe durch innerhalb des Kühlmittels befindliche Austrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß massive Pech-, Harz oder Wachsstränge durch eine oder mehrere parallel geschaltete erwärmte Düsen gleichsinnig in einen durch ein Rohr fließenden Kühlmittelstrom eingeleitet werden und daß die sich im Kühlmittel ausbildenden und von diesem allseitig umgebenen und fortbewegten Pech-, Harz- oder Wachsstränge in dem Kühlmittelstrom bis zur hinreichenden Formbeständigkeit verbleiben und anschließend abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die im strömenden Kühlmittel hinreichend formbeständig erstarrten Stränge gemeinsam mit dem strömenden Kühlmittel oder getrennt von diesem zur weiteren Kühlung durch ein praktisch ruhendes Kühlmittel und die vom Kühlmittel getrennten Peche, Harze oder Wachse anschließend zur endgültigen Erstarrung durch Luft geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom eines oberhalb der Erstarrungstemperatur der Peche, Harze oder Wachse erwärmten Kühlmittels, der beispielsweise vorhergehend als Düsenheizmedium verwendet sein kann, die Stränge nach ihrem Austritt aus der Düse auf einer gewissen Weglänge umgibt und sich anschließend mit dem Hauptstrom des kälteren Kühlmitels derart vermischt, daß die Mischtemperatur des Kühlmittels hinreichend unterhalb der Erstarrungstemperatur der Peche, Harze oder Wachse liegt. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge in einem solchertAbkühlungszustand vor ihrer vollständigen Erstarrung von dem flüssigen Kühlmittel getrennt werden, daß sie sich während der anschließenden Luftkühlung unter ihrem Eigengewicht plastisch verformen können. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis ,4, bestehend aus einem Vorratsbehälter (i) für die heißen zu kühlenden Peche, Harze oder Wachse, einer oder mehreren parallel geschalteten, auf ihrer ganzen Länge oder einem Teil ihrer Länge als heizbare Manteldüse ausgebildeten Austrittsvorrichtungen (3) für das Einleiten der Peche, Harze oder Wachse in das innerhalb einer Kühlstrecke (1q.) strömende Kühlmittel, einem Kühlmittelsammelbecken (i6), einer Pumpe (8) für die Kreislaufförderung des Kühlmittels, einem Kühler (9) für die Rückkühlung des Kühlmittels sowie einer außerhalb des Kühlbeckens (i6) oder teilweise in dieses hineinragenden Fördervorrichtung (i7), auf deren Luftweg gegebenenfalls Vorrichtungen (i8) für die zusätzliche Kühlung der Peche, Harze oder Wachse angeordnet sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3), entweder sich verengend oder erweiternd, zylindrisch ausgebildet ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel der Düse (3) vorn offen ist und entweder mit ihrem Mündungsquerschnitt abschließt oder über diesen hinausragt. B. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel der Düse (3) gegen das ihn umspülende Kühlmittel wärmeisoliert ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenheizmittel, z. B. Wasserdampf oder Heißwasser, den vorn offenen Mantelraum durch entsprechende Anordnung von Leitorganen geradlinig oder unter Drall durchfließt. io. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) axial am Kühlrohr verschiebbar ist. i i. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis io, gekennzeichnet durch eine geradlinige, gestreckte, zylindrische oder spiralige Kühlstrecke mit mehreren Windungen. 12. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke an der Stelle der Zuleitung der Peche, Harze oder Wachse zylindrisch, sich verengend, sich erweiternd oder injektorartig ausgebildet ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Kühlrohres (14) an verschiedenen Stellen einzelne oder am Umfang gleichmäßig verteilte Anschlüsse für die Zuführung des kälteren Kühlmittels angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriftef Deutsche Patenschriften Nr. 397701, 688505, 743 678, 891 595, 908 118; `7 V französische Patentschriften Nr.922469, 776361, 977 669 tbritische Patentschriften Nr. 664028, #668 289, 422 334J 498 852,v533 777; `@ USA.-Patentschriften Nr. 2 402 846, 2 333 699, 2 2a.1856. V