EP2353705A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Dispersionen und Gasen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Dispersionen und Gasen Download PDF

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EP2353705A1
EP2353705A1 EP10001079A EP10001079A EP2353705A1 EP 2353705 A1 EP2353705 A1 EP 2353705A1 EP 10001079 A EP10001079 A EP 10001079A EP 10001079 A EP10001079 A EP 10001079A EP 2353705 A1 EP2353705 A1 EP 2353705A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dispersion
gas
receptacle
perforated plates
mixing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10001079A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Dr. Achten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Priority to EP10001079A priority Critical patent/EP2353705A1/de
Priority to PCT/EP2011/051309 priority patent/WO2011095454A1/en
Priority to EP11702438.0A priority patent/EP2531283B1/de
Priority to TW100103808A priority patent/TW201143883A/zh
Publication of EP2353705A1 publication Critical patent/EP2353705A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2322—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles using columns, e.g. multi-staged columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/452—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
    • B01F25/4521—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for mixing dispersions with gases.
  • the present invention relates to an apparatus for mixing a polymer dispersion with a gas.
  • the invention relates to a method for mixing a dispersion with a gas using a device according to the invention.
  • the mixing devices can clog up and lose their operating characteristics so quickly. They must therefore be replaced frequently, with a cleaning and subsequent recycling of the mixer is usually not possible.
  • the object of the present invention is therefore to specify a device for the efficient mixing of dispersions with gases, which is able to overcome the disadvantages known from the prior art.
  • a device for mixing a dispersion with a gas which has an outer receptacle and at least two spaced by a spacer in the receptacle spaced-apart perforated plates, wherein the receptacle is a support for Receiving a first perforated bottom, on which a hole bottom is arranged loosely and on this first hole bottom a spacer is loosely arranged, on which in turn the at least second hole bottom is arranged.
  • the inventive design of a device for mixing on the one hand prevents the occurrence of high shear forces in the dispersion during the mixing process, moreover, a local overdose of the gas can be prevented.
  • a receptacle which can be formed for example by a tube, to provide a series of spacer plates which are loosely spaced by spacers and which can be freely stacked in the receptacle.
  • a support for the bottom hole bottom it may be provided, for example, to provide the receptacle on its outlet side with a thread, by means of which a suitable end element can be fastened to the receptacle against which the bottom hole bottom is supported.
  • a suitable end element can be fastened to the receptacle against which the bottom hole bottom is supported.
  • other types of fastening for such a closure element may be provided, such as flanges or the like.
  • an inlet element may be provided at the upper end of the receptacle.
  • the receptacle on its inlet and / or outlet side has a cross-sectional taper.
  • a cross-sectional taper can be formed, for example, by the exhaust or inlet element described above.
  • the cross-section tapers on the inlet and / or outlet side by ⁇ 10% with respect to the average cross section of the receptacle. Due to the cross-sectional taper, it is possible to adjust the flow rate and thus the residence time of the dispersion and the gas in the mixer.
  • the total hole area per hole bottom is between 1% and 20% of the total floor area. It has been shown that sufficient mixing can be achieved with such a perforated surface or passage surface without the hydraulic resistance through the perforated plates becoming too high.
  • the hole diameter of the individual holes of a hole bottom is between 1% and 15% of the hole bottom diameter.
  • the holes may be randomly or evenly distributed throughout the hole bottom surface, with even distribution being preferred.
  • the holes in the perforated plates are designed without burrs. This allows the on Shearing forces occurring in the holes are further reduced and coagulation of the dispersion caused by shear can be avoided.
  • the perforated plates can according to another embodiment of the invention have a thickness between 1 mm and 10 mm.
  • the perforated plates have in such a configuration, even with large hole diameters and a high total hole area sufficient stability to withstand the mechanical forces occurring in the device.
  • the distances between the individual perforated plates can correspond to 5 times to 100 times the perforated bottom thickness according to a further embodiment of the invention. It has been found that with such a distance of the perforated plates from one another between the perforated plates, good mixing of the gas with the dispersion can be achieved.
  • the length dimension of the device is between 5 times and 50 times the diameter of the device. With such a length / cross-section ratio, an optimized flow velocity within the device is achieved.
  • the device may have between 3 and 100 perforated plates.
  • the individual hole bottoms can be arranged at equal intervals or at different distances from each other.
  • the perforated plates may have the same hole diameter and / or the total hole area or else different hole diameter and / or total hole area.
  • the device according to the invention for mixing a dispersion with a gas may further comprise, in embodiments, further devices, such as devices for controlling the volume flow or the polymer dispersion and / or gas pressure with which the dispersion and / or the gas are applied to the device. Furthermore, other devices such as pumps and the like may be provided on the device according to the invention.
  • the gas and the dispersion, z As a gaseous acid and a polymer dispersion, the inventive device for mixing a dispersion with a gas in the direction of gravity from top to bottom. Alternatively, the device can also be arranged in the horizontal direction. According to the invention, the introduction of the gas and the dispersion volume and / or pressure controlled. In the Volume control, pre-set volumes of gas and dispersion can be dosed into the device. In the case of pressure-controlled metering, the flow rate of the dispersion z. B. predetermined by an inlet pressure and the gas by means of an ideally open only in one direction valve, which z. B.
  • the inlet pressure of the dispersion in the case of pressure control can hydrostatically or z.
  • B. a diaphragm pump, a hose pump or the like can be controlled.
  • the gas inlet pressure can be adjusted for example via a reducing valve, which is connected downstream of a pressure bottle. If a volume metering of dispersion and gas, this can be done by known methods for volume metering of liquids and gases. Dispersion and gas can be combined in a preferred embodiment in front of the device in a simple Y or T-piece.
  • the receptacle and the perforated plates can take on any shape, wherein a tubular configuration of the receptacle and a round configuration of the perforated plates are preferred.
  • the receptacle and / or the perforated plates as well as the optionally provided further devices of the device according to the invention may preferably be made of an inert material such as a stainless steel or a suitable plastic. It may be provided in one embodiment of the invention that receptacle, spacers and perforated plates are made of different materials.
  • the spacers between the hole bottoms may take any geometric shape, but tubular spacers are preferred. This facilitates, if necessary, the cleaning of the spacers.
  • the spacers and the perforated plates have a diameter which is only slightly smaller than the inner diameter of the receptacle.
  • the diameters are chosen to each other so that the spacers and the hole bottoms can be easily incorporated into the recording, between the inner wall of the receptacle and the outer edges of the spacers and / or perforated plates, however, no or only a small gap exists.
  • the dispersion and the gas at a pressure between 0.2 bar and 60 bar, preferably between 0.5 bar and 10 bar are applied to the device.
  • the pressure can be adjusted by means of suitable devices, such as pumps and / or valves.
  • the dispersion is a polymer dispersion and the gas is a gaseous acid.
  • the polymer dispersion should be acidified by introducing the gaseous acid.
  • the polymer dispersion is a dispersion of a polymer from the group consisting of polychloroprene, polystyrene butadiene, polyurethane, polyacrylate and polysiloxane.
  • the gas is preferably a gas from the group comprising CO 2 , SO 2 , SO 3 , NO 2 , COCl 2 and / or HCl.
  • the polymer dispersion may have, for example, a viscosity of ⁇ 100,000 mPas, preferably ⁇ 10,000 mPas and very particularly preferably ⁇ 1,000 mPas.
  • the polymer dispersion at the end of the mixing process, or at the output of the mixing device according to the invention a lower viscosity than at the entrance.
  • more than 20%, preferably more than 40% and very particularly preferably more than 60% of the gaseous acid introduced is used in the apparatus according to the invention for changing the pH or its adaptation.
  • the polymer dispersion to be acidified by the gaseous acid may for example have a pH> pH 6, preferably> pH 8 and particularly preferably> pH 9. Furthermore, the polymer dispersion may have a solids content of> 20%, preferably> 30% and particularly preferably> 40%.
  • the dispersion may contain other ingredients such as plasticizers, thickeners, anti-aging agents, pigments and the like. These can be dispersed, for example, in the aqueous phase or in the form of a suspension.
  • the polymer dispersion is a substantially anionically stabilized polymer dispersion which, in addition to anionic emulsifiers, may also comprise nonionic emulsifiers.
  • this shows, under typical conditions of use, a volume throughput prior to necessary maintenance, such as may be caused by clogging, of> 1000, preferably> 10000, based on the volume of the device.
  • a volume throughput per minute which is greater than 5 times the volume of the device, preferably greater than 10 times the volume of the device and more preferably greater than 20 times the Volume of the device is. This results in a residence time of the polymer dispersion and the gas or their mixture in the device of ⁇ 12 s, preferably ⁇ 6 s, more preferably ⁇ 3 s.
  • the device according to the invention and the method according to the invention can be used, for example, in the production of coating, dipping and / or rubber latex foam or else in the production of adhesives.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus according to the invention for mixing a dispersion with a gas.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for mixing a dispersion, for example a Polychloroprendispersion, with a gas, for example CO 2 .
  • the device 1 according to the invention has a receptacle 2, in which perforated plates 3 are arranged.
  • the perforated plates 3 are arranged by means of spacers 4 loosely in the receptacle 2.
  • the receptacle 2 has an inlet 5 and an outlet 6. In the region of the inlet 5 and outlet 6, the cross section of the receptacle tapers with respect to the average cross section. Via the inlet 5, a volume flow 7, which comprises the polymer dispersion and CO 2 , is applied to the device 1.
  • the polymer dispersion and the CO2 can be premixed in a tee 8.
  • the CO 2 can be applied from a gas bomb 9 via a pressure reducer 11 and a connecting line 12 via the tee 8 to the device 1.
  • the polymer dispersion can from a storage tank 10 via a polymer line 13 by means of a Pump 14 are applied to the device 1 according to the invention.
  • the polymer dispersion and the gas mix sufficiently to ensure acidification of the polymer dispersion to the desired pH range.
  • the mixture of polymer dispersion and gas leaves the device 1 via the outlet line 15.
  • a receptacle made of polypropylene with an outer diameter of 12 mm and an inner diameter of 10 mm and a length of 200 mm are alternately spacers with an outer diameter of 9.9 mm and an inner diameter of 8 mm and a length of 15 mm and perforated plates with an outer diameter of 9.9 mm and a thickness of 1 mm.
  • the perforated plates have four square holes with a hole diameter of 1.5 mm each.
  • the recording 13 holes which are spaced apart by 12 spacers, alternately arranged.
  • the perforated plates and the spacers are held only by gravity, or the pressure of the dispersion flowing from top to bottom.
  • a reducer is arranged, by means of which the flow rate can be regulated.
  • a Polychloroprenlatex dispersion having a solids content of 55%, a viscosity of 100 mPas and a pH of pH 12.5 at an inlet pressure of 0.5 bar is applied to the device.
  • From a gas bomb CO2 is adjusted by means of a reducing valve to a pressure of 2 bar and a flow rate of 0.5 liters per minute and applied to the device.
  • the flow rate at the outlet of the device was 0.5 liters per minute.
  • the pH of the latex dispersion at the outlet of the device was pH 9. A service life of> 120 liters was achieved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas, insbesondere einer Polymerdispersion mit einer gasförmigen Säure. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung angegeben, welche aus einer äußeren Aufnahme (2) sowie wenigstens zwei mittels eines Abstandhalters (4) in der Aufnahme (2) zueinander beabstandet angeordnete Lochböden (3) aufweist, wobei die Aufnahme ein Auflager zur Aufnahme eines ersten Lochbodens aufweist, auf welchem ein Lochboden lose angeordnet ist und auf diesem ersten Lochboden der Abstandshalter lose angeordnet ist, auf welchem wiederum der zweite Lochboden angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Dispersionen mit Gasen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Mischen einer Polymerdispersion mit einem Gas. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Mischvorrichtungen zum Mischen von Dispersionen mit Gasen bekannt. Dabei ist es bekannt, eine Begasung von Dispersionen mittels Rühren, Überleiten, Durchleiten, mittels statischer Mischer oder durch Membranverfahren vorzunehmen.
  • Die zuvor genannten Methoden benötigen im Fall von Batch-Prozessen, wie Rühren, Überleiten, oder Durchleiten aufgrund geringer Dispersion/Gas-Phasengrenzflächen eine relativ lange Kontaktzeit, bis eine hinreichende Begasung der Dispersion stattgefunden hat. Diese Methoden eignen sich daher in der Regel nicht für den Einsatz in kontinuierlichen Prozessen.
  • Bekannte kontinuierliche Mischerverfahren wie statische Mischer oder Membranverfahren erlauben eine schnelle Vermischung von Gasen mit Dispersionen. Problematisch ist der Einsatz solcher Mischer jedoch im Fall von empfindlichen Dispersionen, die beispielsweise bei lokaler Überdosierung des Gases und/oder hoher Scherung zur Koagulation neigen, wie dies beispielsweise bei einigen Polymerdispersionen bei deren Begasung mit einer gasförmigen Säure der Fall ist.
  • In diesem Fall kann es dazu kommen, dass sich die Mischvorrichtungen zusetzen und so schnell ihre Betriebseigenschaften verlieren. Sie müssen daher häufig ausgetauscht werden, wobei eine Reinigung und anschließende Wiederverwertung der Mischer in der Regel nicht möglich ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur effizienten Mischung von Dispersionen mit Gasen anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden vermag.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Es wird somit eine Vorrichtung zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas bereitgestellt, welche eine äußere Aufnahme sowie wenigstens zwei mittels eines Abstandhalters in der Aufnahme zueinander beabstandet angeordnete Lochböden aufweist, wobei die Aufnahme ein Auflager zum Aufnehmen eines ersten Lochbodens aufweist, auf welchem ein Lochboden lose angeordnet ist und auf diesen ersten Lochboden ein Abstandhalter lose angeordnet ist, auf welchem wiederum der wenigstens zweite Lochboden angeordnet ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Mischen wird zum Einen das Auftreten hoher Scherkräfte in der Dispersion während des Mischvorganges vermieden, darüber hinaus kann eine lokale Überdosierung des Gases verhindert werden.
  • Es ist die grundlegende Idee der Erfindung, in einer Aufnahme, welche beispielsweise durch ein Rohr gebildet sein kann, eine Reihe von lose durch Abstandhalter zueinander beabstandete Lochböden vorzusehen, welche in der Aufnahme frei gestapelt werden können. Als Auflager für den untersten Lochboden kann es beispielsweise vorgesehen sein, die Aufnahme an ihrer Auslassseite mit einem Gewinde zu versehen, mittels welchem ein geeignetes Abschlusselement an der Aufnahme befestigbar ist, gegenüber welchem sich der unterste Lochboden abstützt. Alternativ können auch andere Befestigungsarten für ein solches Abschlusselement vorgesehen sein, wie beispielsweise Flansche oder dergleichen.
  • In gleicher Weise kann ein Einlasselement am oberen Ende der Aufnahme vorgesehen sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahme an ihrer Einlass- und/oder Auslassseite eine Querschnittsverjüngung auf. Eine solche Querschnittsverjüngung kann beispielsweise durch das zuvor beschriebene Auslass- oder Einlasselement gebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung verjüngt sich der Querschnitt an der Einlass- und/oder Auslassseite um ≥ 10 % gegenüber dem mittleren Querschnitt der Aufnahme. Durch die Querschnittsverjüngung ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit und somit die Verweilzeit der Dispersion und des Gases in dem Mixer einzustellen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gesamtlochfläche pro Lochboden zwischen 1 % und 20 % der Gesamtbodenfläche. Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Lochfläche bzw. Durchlassfläche eine hinreichende Durchmischung erzielt werden kann, ohne dass der hydraulische Widerstand durch die Lochböden zu hoch wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Lochdurchmesser der einzelnen Löcher eines Lochbodens zwischen 1 % und 15 % des Lochbodendurchmessers. Die Löcher können zufällig oder gleichmäßig über die gesamte Lochbodenfläche verteilt angeordnet sein, wobei eine gleichmäßige Verteilung bevorzugt ist. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Löcher in den Lochböden gratfrei ausgestaltet. Hierdurch können die an den Löchern auftretenden Scherkräfte weiter verringert werden und eine durch Scherung hervorgerufene Koagulation der Dispersion kann vermieden werden.
  • Die Lochböden können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Stärke zwischen 1 mm und 10 mm aufweisen. Vorteilhafter Weise besitzen die Lochböden bei einer solchen Ausgestaltung auch bei großen Lochdurchmessern und einer hohen gesamten Lochfläche eine hinreichende Stabilität, um den in der Vorrichtung auftretenden mechanischen Kräften standzuhalten.
  • Die Abstände zwischen den einzelnen Lochböden können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem 5fachen bis 100fachen der Lochbodenstärke entsprechen. Es hat sich gezeigt, dass bei einem solchen Abstand der Lochböden zueinander zwischen den Lochböden eine gute Durchmischung des Gases mit der Dispersion erreicht werden kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Längenausdehnung der Vorrichtung zwischen dem 5fachen und dem 50fachen des Durchmessers der Vorrichtung. Bei einem solchen Längen/Querschnitt-Verhältnis wird eine optimierte Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Vorrichtung erreicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung zwischen 3 und 100 Lochböden aufweisen. Hierbei können die einzelnen Lochböden in gleichen Abständen oder auch in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sein. Des Weiteren können die Lochböden gleiche Lochdurchmesser und/oder Gesamtlochflächen oder auch unterschiedliche Lochdurchmesser und/oder Gesamtlochflächen aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas kann in Ausgestaltungen darüber hinaus weitere Einrichtungen umfassen, wie beispielsweise Einrichtungen zur Steuerung des Volumenstroms oder des Polymerdispersions- und/oder Gasdrucks, mit welchem die Dispersion und/oder das Gas auf die Vorrichtung beaufschlagt werden. Des Weiteren können andere Einrichtungen wie Pumpen und dergleichen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung durchströmen das Gas und die Dispersion, z. B. eine gasförmige Säure und eine Polymerdispersion, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas in Richtung der Schwerkraft von oben nach unten. Alternativ kann die Vorrichtung auch in waagerechter Richtung angeordnet sein. Erfindungsgemäß erfolgt die Einbringung des Gases und der Dispersion volumen- und/oder druckgesteuert. In der Volumensteuerung können voreingestellte Volumina von Gas und Dispersion in die Vorrichtung dosiert werden. Im Fall der druckgesteuerten Dosierung wird die Durchflussrate der Dispersion z. B. durch einen Eingangsdruck vorgegeben und das Gas mittels eines idealerweise nur in einer Richtung offenen Ventils, welches z. B. als Klappen-Rückschlagsventil oder Goodyearventil, ausgeführt sein kann oder auch eines in zwei Richtungen offenen Ventils z.B. eines Kugelhans, zudosiert. Der Eingangsdruck der Dispersion im Fall der Drucksteuerung kann hydrostatisch oder über z. B. eine Membranpumpe, eine Schlauchpumpe oder dergleichen gesteuert werden. Der Gaseingangsdruck kann beispielsweise über ein Reduzierventil, welches einer Druckflasche nachgeschaltet ist, eingestellt sein. Erfolgt eine Volumendosierung von Dispersion und Gas, so kann diese nach bekannten Verfahren zur Volumendosierung von Flüssigkeiten und Gasen erfolgen. Dispersion und Gas können in einer bevorzugten Ausführungsform vor der Vorrichtung in einem einfachen Y- oder T-Stück zusammengeführt werden.
  • Die Aufnahme und die Lochböden können beliebige Formen annehmen, wobei eine rohrförmige Ausgestaltung der Aufnahme und eine runde Ausgestaltung der Lochböden bevorzugt sind.
  • Die Aufnahme und/oder die Lochböden sowie die gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorzugsweise aus einem inerten Material wie beispielsweise einem Edelstahl oder einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein. Hierbei kann es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Aufnahme, Abstandshalter und Lochböden aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
  • Bedingt durch die lose Anordnung der Lochböden und Abstandshalter innerhalb der Aufnahme ist es möglich, diese leicht aus der Aufnahme zu entfernen und so beispielsweise im Bedarfsfall einer Reinigung zuzuführen.
  • Die Abstandshalter zwischen den Lochböden können eine beliebige geometrische Form annehmen, wobei jedoch rohrförmige Abstandshalter bevorzugt sind. Dies erleichtert im Bedarfsfall die Reinigung der Abstandshalter. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weisen die Abstandshalter sowie die Lochböden einen Durchmesser auf, der nur unwesentlicher geringer ist, als der Innendurchmesser der Aufnahme. Hierbei sind die Durchmesser so zueinander gewählt, dass die Abstandshalter sowie die Lochböden sich einfach in die Aufnahme einbringen lassen, zwischen der Innenwand der Aufnahme und den Außenrändern der Abstandshalter und/oder Lochböden jedoch kein oder nur ein geringes Spaltmaß besteht.
  • Hinsichtlich der Bereitstellung eines Verfahrens zur Mischung einer Dispersion mit einem Gas wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 10 gelöst. Bei einem solchen Verfahren wird eine Dispersion mit einem Gas in einer wie zuvor beschriebenen Vorrichtung gemischt.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Dispersion und das Gas mit einem Druck zwischen 0,2 bar und 60 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 bar und 10 bar auf die Vorrichtung aufgegeben. Hierbei kann der Druck mittels geeigneter Einrichtungen, wie beispielsweise Pumpen und/oder Ventilen, eingeregelt werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei der Dispersion um eine Polymerdispersion und bei dem Gas um eine gasförmige Säure. In einer solchen Ausführungsform soll beispielsweise die Polymerdispersion durch Einbringen der gasförmigen Säure angesäuert werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Polymerdispersion um eine Dispersion eines Polymers der Gruppe bestehend aus Polychloropren, Polystyrolbutadien, Polyurethan, Polyacrylat und Polysiloxan. Bei dem Gas handelt es sich bevorzugt um ein Gas aus der Gruppe umfassend CO2 , SO2, SO3, NO2 , COCl2 und/oder HCI.
  • Die Polymerdispersion kann beispielsweise eine Viskosität von < 100000 mPas, bevorzugt < 10000 mPas und ganz besonders bevorzugt < 1000 mPas aufweisen.
  • Weiter bevorzugt zeigt die Polymerdispersion am Ende des Mischvorganges, bzw. am Ausgang der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung eine niedrigere Viskosität als am Eingang.
  • In einer Ausgestaltung des hier beschriebenen Verfahrens werden mehr als 20 %, bevorzugt mehr als 40 % und ganz besonders bevorzugt mehr als 60 % der eingetragenen gasförmigen Säure in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Änderung des pH-Wertes bzw. dessen Anpassung verwendet.
  • Die durch die gasförmige Säure anzusäuernde Polymerdispersion kann beispielsweise einen pH-Wert > pH 6, bevorzugt > pH 8 und besonders bevorzugt > pH 9 aufweisen. Des Weiteren kann die Polymerdispersion einen Feststoffgehalt > 20 %, bevorzugt > 30 % und besonders bevorzugt > 40 % aufweisen.
  • Neben organischen oder anorganischen Polymeren und/oder Mischungen derselben kann die Dispersion andere Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Weichmacher, Verdicker, Alterungsschutzmittel, Pigmente und dergleichen enthalten. Diese können beispielsweise in der wässrigen Phase dispergiert oder als Suspension vorliegen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei der Polymerdispersion um eine im Wesentlichen anionisch stabilisierte Polymerdispersion, welche neben anionischen Emulgatoren auch nicht ionische Emulgatoren aufweisen kann.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zeigt diese unter typischen Einsatzbedingungen einen Volumendurchsatz vor einer notwendigen Wartung, wie sie beispielsweise durch eine Verstopfung hervorgerufen werden kann, von > 1000, bevorzugt > 10000, bezogen auf das Volumen der Vorrichtung.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung zeigen das Verfahren bzw. die Vorrichtung eine Volumendurchsatzleistung pro Minute, welche größer als das 5-fache des Volumens der Vorrichtung, bevorzugt größer als das 10-fache des Volumens der Vorrichtung und noch bevorzugter größer als das 20-fache des Volumens der Vorrichtung ist. Hieraus ergibt sich eine Verweilzeit der Polymerdispersion und des Gases bzw. deren Mischung in der Vorrichtung von < 12 s, bevorzugt < 6 s, noch bevorzugter < 3 s.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich beispielsweise im Bereich der Herstellung von Beschichtungs-, Tauch- und/oder Gummilatexschaum oder auch bei der Herstellung von Klebstoffen einsetzen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen weiter erläutert, ohne dass sich die Erfindung jedoch auf diese Ausführungsbeispiele beschränken lässt.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Mischen einer Dispersion, beispielsweise einer Polychloroprendispersion, mit einem Gas, beispielsweise CO2. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine Aufnahme 2 auf, in welcher Lochböden 3 angeordnet sind. Die Lochböden 3 sind mittels Abstandhaltern 4 lose in der Aufnahme 2 angeordnet. Die Aufnahme 2 weist einen Einlass 5 und einen Auslass 6 auf. Im Bereich des Einlasses 5 und Auslasses 6 verjüngt sich der Querschnitt der Aufnahme gegenüber dem durchschnittlichen Querschnitt. Über den Einlass 5 wird ein Volumenstrom 7, welcher die Polymerdispersion und CO2 umfasst, auf die Vorrichtung 1 aufgegeben. Die Polymerdispersion und das CO2 können in einem T-Stück 8 vorgemischt werden. Das CO2 kann aus einer Gasbombe 9 über einen Druckminderer 11 und eine Anschlussleitung 12 über das T-Stück 8 auf die Vorrichtung 1 aufgegeben werden. Die Polymerdispersion kann aus einem Vorratstank 10 über eine Polymerleitung 13 mittels einer Pumpe 14 auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 aufgegeben werden. In der Vorrichtung 1 mischen sich die Polymerdispersion und das Gas in hinreichender Weise, um eine Ansäuerung der Polymerdispersion bis zum gewünschten pH-Bereich sicherstellen zu können. Die Mischung aus Polymerdispersion und Gas verlässt die Vorrichtung 1 über die Auslassleitung 15.
    • Beispiel 1:
  • In einer Aufnahme aus Polypropylen mit einem Außendurchmesser von 12 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm sowie einer Länge von 200 mm werden abwechselnd zueinander Abstandhalter mit einem Außendurchmesser von 9,9 mm und einem Innendurchmesser von 8 mm sowie einer Länge von 15 mm und Lochböden mit einem Außendurchmesser von 9,9 mm und einer Dicke von 1 mm angeordnet. Die Lochböden weisen vier quadratisch verteilte Löcher mit einem Lochdurchmesser von jeweils 1,5 mm auf. In der Aufnahme werden 13 Lochböden, welche mittels 12 Abstandhaltern zueinander beabstandet sind, abwechselnd angeordnete. Gehalten werden die Lochböden sowie die Abstandhalter lediglich durch die Schwerkraft, bzw. den Druck der von oben nach unten fließenden Dispersion. Am Auslass der Vorrichtung ist ein Reduzierstück angeordnet, mittels welchem sich die Durchflussmenge regulieren lässt.
    • Beispiel 2:
  • In einer wie im Beispiel 1 beschriebenen Mischvorrichtung wird eine Polychloroprenlatex-Dispersion mit einem Feststoffanteil von 55 %, einer Viskosität von 100 mPas und einem pH-Wert von pH 12,5 bei einem Eingangsdruck von 0,5 bar auf die Vorrichtung aufgegeben. Aus einer Gasbombe wird CO2 mittels eines Reduzierventils auf einen Druck von 2 bar und einer Durchflussmenge von 0,5 Litern pro Minute eingestellt und auf die Vorrichtung aufgegeben. Die Durchflussmenge betrug am Ausgang der Vorrichtung 0,5 Liter pro Minute. Der pH-Wert der Latexdispersion am Ausgang der Vorrichtung war pH 9. Es wurde eine Standzeit von > 120 Litern erreicht.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Aufnahme
    3
    Lochboden
    4
    Abstandhalter
    5
    Einlass
    6
    Auslass
    7
    Volumenstrom
    8
    T-Stück
    9
    Gasbombe
    10
    Vorratsbehälter
    11 1
    Druckminderer
    12 2
    Anschluss
    13
    Polymerleitung
    14
    Pumpe
    15
    Auslassleitung

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Mischen einer Dispersion mit einem Gas, aufweisend eine äußere Aufnahme (2) sowie wenigstens zwei mittels eines Abstandhalters (4) in der Aufnahme (2) zueinander beabstandet angeordnete Lochböden (3), wobei die Aufnahme (2) ein Auflager zur Aufnahme eines ersten Lochbodens aufweist, auf welchem dieser lose angeordnet ist und wobei auf diesem ersten Lochboden der Abstandshalter lose angeordnet ist, auf welchem wiederum der zweite Lochboden angeordnet ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Aufnahme (2) an ihrer Einlass- und/oder Auslassseite (5, 6) eine Querschnittsverjüngung aufweist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei sich der Querschnitt an der Einlass- und/oder Auslassseite (5, 6) um ≥ 10 % gegenüber dem mittleren Querschnitt der Aufnahme (2) verjüngt.
  4. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lochböden (3) eine Gesamtlochfläche pro Boden zwischen 1 % und 20 % der Gesamtbodenfläche aufweisen.
  5. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lochdurchmesser zwischen 1 % und 15 % des Lochbodendurchmessers beträgt.
  6. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lochböden (3) eine Stärke zwischen 1 mm und 10 mm aufweisen.
  7. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Lochböden (3) dem 5-fachen bis 100-fachen der Lochbodenstärke entspricht.
  8. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Längenausdehnung der Vorrichtung (1) zwischen dem 5-fachen und 50-fachen des Durchmessers der Vorrichtung (1) beträgt.
  9. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese zwischen 3 und 100 Lochböden (3) aufweist.
  10. Verfahren zur Mischung einer Dispersion mit einem Gas, wobei die Dispersion und das Gas mit im Wesentlichen gleichen Drücken einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zugeführt und in dieser gemischt werden.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Dispersion und das Gas mit einem Druck zwischen 0,2 bar und 60 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 bar und 10 bar auf die Vorrichtung aufgegeben werden.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Dispersion eine Polymerdispersion und das Gas eine gasförmige Säure sind.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Dispersion eine Dispersion eines Polymers aus der Gruppe bestehend aus Polychloropren, Polystyrolbutadien, Polyurethan, Polyacrylat und Polysiloxan ist.
  14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Gas ein Gas aus der Gruppe umfassend CO2 , SO2 SO3, NO2 , COCl2 und/oder HCI ist.
  15. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Verweilzeit der Dispersion/Gasmischung in der Vorrichtung weniger als 12 Sekunden, vorzugsweise weniger als 6 Sekunden und besonders bevorzugt weniger als 3 Sekunden beträgt.
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