FI97699C - Menetelmä ja laitteisto jauhemaisten aineiden sekoittamiseksi nesteisiin - Google Patents

Description

97699

Menetelmä ja laitteisto jauhemaisten aineiden sekoittamiseksi nesteisiin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä jauhemaisten, raemaisten ja vastaavien aineiden sekoittamiseksi ja/tai liettämiseksi 5 nesteisiin erilaisten nestemäisten seosten valmistamiseksi.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 6 johdannon mukainen laitteisto menetelmän toteuttamiseksi.

10 Jauhemaisten, raemaisten ja vastaavien aineiden sekoittaminen nesteisiin on vaikeaa monista syistä. Kun suuria määriä jauhetta lisätään nesteeseen, jauhe kostuu ensin vain ulkopinnaltaan ja jauhe paakkuuntuu ja kerääntyy helposti sekoitussäiliön pohjaan ja kosteisiin yläpintoihin. Sekoittumisen helpottamiseksi nestettä on sekoitattava, jolloin paakut rikkoontuvat ja jauhe jakaantuu tasaisemmin nesteeseen. Paakkuuntu-15 mistä voidaan vähentää lisäämällä jauhe nesteeseen mahdollisimman hitaasti, mutta tällöin luonnollisesti sekoitusaika pitenee.

Jauheita lisätään nesteisiin esimerkiksi valmistettaessa jäähdytinnesteitä, lasinpesunesteitä, jäänestoaineita, maaleja, kosmetiikka ja hygieniatuotteita sekä paperiteollisuu-20 den päällystemateriaaleja. Kaikkia näitä tuotteita valmistettaessa nestemäiseen perusraaka-aineeseen lietetään yhtä tai useampaa jauhemaista tai raemaista lisäainetta.

Nämä tuotteet valmistetaan nykyisin pääasiassa kahdella tavalla. Jos perusraaka-aineeseen sekoitetaan useampia jauheita tai nesteitä, kukin lisäaine voidan sekoittaa ensin erikseen perusraaka-aineeseen erillisessä sekoitussäiliössä ja valmiit osaerät 25 siirretään suurempaan sekoitussäiliöön, jossa osaerät sekoitetaan valmiiksi lopputuotteeksi. Toinen valmistustapa on kaikkien raaka-aineiden annosteleminen yhteen sekoitussäiliöön, jota sekoitetaan riittävän pitkä aika homogeenisen lopputuotteen aikaansaamiseksi. Usein säiliöitä lämmitetään sekoittumisen helpottamiseksi.

30 Edellä kuvatuilla sekoitusmenetelmillä on useita heikkouksia, joista ehkä suurin on hitaasta liukenemisesta johtuva pitkä sekoitusaika ja edelleen pitkästä sekoitusajasta johtuva suuri energian kulutus. Kun sekoitettavat aineet annostellaan lopullisen seos- 2 97699 suhteen mukaisesti suureen sekoitusastiaan, on selvää, että koko valmiin annoksen sekoittamiseen kuluu paljon energiaa, koska sekoitussiipien on saatettava koko suuri massa liikkeeseen. Suuressa massassa nesteen liikenopeus jää pieneksi ja sekoituksen vaikutus pienestä sekoitusnopeudesta johtuen heikoksi. Huonosta sekoittumisesta 5 johtuen nestettä joudutaan sekoittamaan pitkä aika, jotta seoksesta saataisiin tasalaatuista. Koska useat sekoitettavat aineet vaativat liuetakseen korotettua lämpötilaa, tarvittavan energian määrä kasvaa edelleen, koska koko annos on lämmitettävä liukenemisen vaatimaan lämpötilaan. Lämmitetty seos joudutaan vielä ennen jakamista myyntieriksi jäähdyttämään pakkauslämpötilaan, mikä lisää erän valmistukseen vaa-10 dittavaa aikaa. Näistä syistä johtuen erien valmistus on hidasta ja kallista. Nämä samat heikkoudet ovat myös menetelmällä, jossa eri lisäaineet sekoitetaan erillisessä säiliöissä perusaineeseen, koska lopullinen seos on valmistettava ja sekoitettava lopuksi suuressa säiliössä valmiiksi tuotteeksi. Kaiken kaikkiaan tunnettujen menetelmien heikkoutena on siten hidas tuotteen kiertonopeus ja tuotevaihto sekä suurten erien 15 valmistukseen vaadittavien laitteiden suuri tilantarve ja suuret laitteistokustannukset. Heikosta sekoittumisesta aiheutuu myös suoranaisia valmistusongelmia, koska sekoitettavaa materiaalia ei saada riittävän nopeaan liikkeeseen tehokaan liukenemisen aikaansaamiseksi. Nykyisten jauhemaisten aineiden annostelu- ja siirtomenetelmien heikkoutena on vielä suuri pölyäminen ja hyvän annostelutarkkuuteen pyrittäessä 2 0 punnitusmenetelmien hitaus.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla jauhemaisia lisäaineita ja nesteitä sisältäviä seoksia voidaan valmistaa aiempaa tehokkaammin ja nopeammin.

25

Keksintö perustuu siihen, että jauhemaiset lisäaineet sekoitetaan erillisellä suumo-peussekoituslaitteella nestemäärään, joka on pienempi kuin lopputuotteen määrä ja lisäaineiden sekoittamisen jälkeen loppu neste lisätään seokseen lopullisen seossuhteen ja lopputuotten tilavuuden määrittämiseksi.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, 30 3 97699 mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

5

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksintö mahdollistaa edellä kuvattujen seosten aiempaa tehokkaamman ja nopeamman valmistuksen ja tehokkaasta sekoitustapahtumasta johtuen tarvittavan sekoi-10 tusenergian määrä on huomattavasti vähäisempi kuin aiemmin tunnetuilla laitteilla. Eräkierto saadaan nopeammaksi, jolloin raaka-aineisiin ja puolivalmisteisiin sitoutuneen päääoman määrä pienenee varastokierron nopeutuessa. Laitteisto on huomattavasti aiemmin tunnettuja monipuolisempi. Sen tilantarve ja kustannukset valmistettavaa tuoteyksikköä kohti ovat pienemmät kuin tunnetuilla laitteilla. Laitteella voidaan 15 sekoittaa tehokkaasti vaikeasti sekoitettaviakin jauhemaisia aineita, jolloin samalla laitteella voidaan valmistaa useammanlaisia tuotteita. Tämä vähentää edelleen laitteis-toinvestointeja silloin kun valmistetaan laajaa tuotevalikoimaa. Tuotteen vaihto on nopeaa ja yksinkertaista ja raaka-aineiden käsittely helppoa ja annostelu tarkkaa. Pölyämisongelmat on nekin voitu poistaa mahdollisimman pitkälle. Lisaksi keksinnön 2 0 mukainen menetelmä mahdollista erittäin hyvän laatuseurannan ja tuotannon valvonnan ja dokumentoinnin.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisen piirustuksen avulla, joka esittää kaaviomaisesti yhtä keksinnön suoritusmuotoa.

25 Tässä hakemuksessa jauhemaisilla aineilla tarkoitetaan kaikkia virtaavia kiinteitä aineita, kuten jauheita, raemaisia aineita, hiutalemaisia aineita ja pölymäisiä aineita.

Kuviossa esitetyn laitteiston pääosat ovat sekoitussäiliö 1, jonka alaosassa on kyl-30 kisekoitin 3. Säiliö 1 on ripustettu punnitusantureiden 2 varaan. Säiliöön 1 on liitetty säiliön yläosaan tulevalla syöttölinjalla 15 sekoituslaite 4 ja säiliön alaosasta lähtee 4 97699 paluulinja 16 takaisin sekoituslaitteelle 4. Sekoituslaitteeseen 4 on liitetty jauheensyöt-tölaite 5, johon on yhdistetty nostimeen 6 punnitusanturin 2 välityksellä kiinnitetty suursäkki 14 ja jauheen imulinja 17 jauheiden imemiseksi piensäkeistä 18. Suursäkin 14 punnitusantureita 2 käytetään silloin, kun säkin tyhjennysannostelu on tarpeen.

5 Säiliön 1 alaosassa on vielä lämmitysvastukset tai -kierukat 10 ja sen pohjassa valmiin tuotteen poistolinja 19, joka kulkee suodattimen 8 ja pumpun 7 kautta esimerkiksi pakkauslaitteistolle. Säiliön 1 yläosassa on nesteensyöttöputkisto 9 varusteineen nesteiden syöttämiseksi säiliöön 1. Laitteistoon kuuluu vielä ohjauskeskus punnitus- ja säätöyksiköineen 11, 12 ja portaat ja hoitotasot 13 ja tarvittavat pesuliitännät.

10

Sekoituslaite 4 on tässä suoritusmuodossa kansainvälisessä hakemusjulkaisussa WO 92/21436 kuvattu sekoitin. Tämä sekoitin koostuu sekoituskammiosta, johon johtaa nestensyöttöliitäntä ja sekoitettavien aineineiden syöttöliitäntä. Sekoituskammiossa on roottori, jota pyöritetään sähkömoottorilla. Jauhemaiset aineet syötetään roottorin 15 keskiakselin kohdalle ja roottori pyörittää nestettä sekoituskammiossa suurella nopeudella, jolloin syöttökohtaan syntyy alipaine. Jauhe imeytyy nopeasti ja hyvin jakautuneena nesteeseen ja seos siirtyy nopeasti roottorin ulkokehälle ja sekoituskam-mion sivussa olevan poistoliitännän kautta ulos. Tässä laitteessa sekoittuminen on nopeaa ja tehokasta, koska neste ja jauhe törmäävät toisiinsa nopeasti ja sekoitusno-2 0 peus on kammiossa erittäin suuri. Tarkempi selostus tästä laitteesta on yllä mainitussa julkaisussa.

Kuviossa esitetty esimerkkilaitteisto toimii seuraavaasti. Säiliöön 1 annostellaan ensin seoksen perusraaka-aineena käytettävää nestettä, esimerkiksi vettä, etyleeniglykolia 25 tai muuta nestettä. Sekoitinlaite 4 käynnistetään ja sille syötetään nestettä säiliöstä 1 paluulinjan kautta. Seuraavaksi nesteeseen voidaan sekoittaa jauhetta suursäkistä 14 tai imulinjan 17 avulla piensäkeistä 18. Jauheet sekoittuvat nesteeseen sekoitinlaittessa 4, josta seos kuljetetaan syöttölinjaa 15 pitkin takaisin säiliöön 1. Säiliöön 1 annosteltu neste kiertää jatkuvasti sekoitinlaitteen 4 kautta, jossa siihen lisätään erilaisia lisäai-30 neita, kunnes kaikki lisäaineet on sekoitettu perusraaka-aineeseen. Sekoituksen aikana säiliössä olevaa seosta voidaan sekoittaa kylkisekoittimella 3 sen pitämiseksi juokse- 5 97699 vanaja tavittaessa seosta lämmitetään lämmittimellä 10. Kun lisäaineet on sekoitettu, säiliöön 1 lisätään perusraaka-ainetta, kunnes oikea seossuhde ja tuotteen määrä on saavutettu. Samalla säädetään lopputuotteen lämpötila halutuksi pakkausta varten. Valmis lopputuote voidaan poistaa säiliöstä välittömästi ja pakata toimitettavaksi 5 asiakkaille.

Keksinnön mukaan säiliöön 1 annostellaan sekoitusta varten ainoastaan osa koko erään tarvittavasta perusraaka-aineen määrästä. Tällöin sekoitustyö ja vaadittava lämmitysenergia jäävät pienemmiksi ja lopputuotteen lämpötila voidaan säätää helpos-10 ti lisättäessä loput perusraaka-aineesta. Koska seos kiertää jatkuvasti sekoitinlaitteen 4 kautta ja sitä sekoitetaan myös säiliössä 1 kylldsekoittimella 3, seos voi olla sekoitus-vaiheessa huomattavasti ylikylläistä ja sisältää huomattavan määrän kuiva-ainetta. Laitteistolla voidaan sekoittaa hyvinkin viskooseja seoksia. Eri raaka-aineiden annostelua valvotaan edullisesti punnitsemalla säiliötä 1 punnitusantureilla 2. Tällä tavalla 15 annostelusta saadaan tarkka ja tuotteen laatu pysyy tasaisena. Suursäkkien nostimeen 6 voidaan liittää myöskin punnitusanturit annostelun tarkkailemiseksi.

Seuraavassa laitteiston toimintaa selitetään edelleen valmistusesimerkin avulla. Tuotteen resepti on kuvitteellinen ja se on laadittu ainoastaan laitteiston toiminnan selittä-20 miseksi. Reseptin mukaiset aineet ovat tyypillisesti jäätymisenestoaineita.

6 97699

Lopputuotteeseen tarvitaan seuraavan taulukon 1 mukaiset aineet.

Taulukko 1 5

KOKONAISMASSA 40 000 KG

monoetyleeniglykoli kokonaismäärä annos määrä 43%, säilytyslämpötila --- 20cC 17200 kg 10 000 kg 10 000 kg 10 lämmitys +55 °C - - -

Korroosionestoaineet aine 3 80 kg 80 kg 10080 kg aine 4 1400 kg 1400 kg 11480 kg aine 5 1000 kg 1000 kg 12480 kg 15 aine 6 120 kg 120 kg 12600 kg aine 7 80 kg 80 kg 12680 kg aine 8, vaahdonestoaine 120 kg 120 kg 12800 kg loput glykolista 17200 kg 7200 kg 20 000 kg

lämpötila +42,4°C 20 vesi, lämpötila 10°C

20 000 kg 20 000 kg 40 000 kg

Valmistetun tuotteen loppulämpötila on 26,2°C ja kokonaismäärä 40 000 kg.

7 97699

Taulukon mukaisen tuotteen valmistus tapahtuu seuraavasti.

Ensin nollataan punnitusjäijestelmä. Säiliöön 1 pumpataan putkiston 9 kautta glykolia, jonka lämpötilaksi asetetaan 55°C. Kun punnitusjäijestelmä on hyväksynyt asetetun 5 panoksen, syöttö pysäytetään automaattisesti. Aine 3 syötetään putkiston 17 ja sekoi-tinlaitteen kautta säiliöön ja punnitusjäijestelmä mittaa ja hyväksyy panoksen. Säiliön 1 kylkisekoitin 3 käynnistetään. Sekoitin 3 jää päälle ja sekoitinlaite 4 pidetäään käynnissä ja sille ohjataan nestettä säiliöstä 1 ja suursäkistä 14 syötetään ainetta 4 sekoitinlaitteelle 4 kunnes säkki tyhjenee. Säkki 14 vaihdetaan ja sekoittamista jatke-10 taan, kunnes punnitusjäijestelmä 12 katkaisee aineen 4 syötön. Sekoitinlaite 4 ja sekoitin 3 käyvätä jatkuvasti. Suursäkki 14 vaihdetaan ja ainetta 5 syötetään sekoitin-laitteen 4 kautta 1000 kg. Seuraavaksi jauhensyöttö vaihdetaan piensäkeille 18, joista imetään sekoitinlaitteen 4 kautta loput aineet säiliöön. Sekoitin 3 ja sekoitinlaite 4 käyvät vielä 30 minuuttia tasaisen sekoittumisen varmistamiseksi, minkä jälkeen 15 loppu glykoli syötetään säiliöön 1 ja sekoitusta jatketaan kylkisekoittimella 3 ja sekoitinlaitteella 4 15 - 45 min. Lopuksi lisätään vesi ja sekoitusta jatketaan 10 min ja säiliö tyhjennetään näytteen oton jälkeen.

Edellä kuvatun esimerkin lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuotoja.

2 0 Säiliön kylkisekoitin voidaan korvata muullakin sekoittimella, mutta kylkisekoittimella päästään tavallisesti pienimpään tehonkulutuksen sekoitustehoon nähden. Jauheet voidaan syöttää sekoitinlaittelle muillakin jauheensyöttöjäijestelmillä ja erät voidaan punnita valmiiksi, ellei säiliön punnitusta haluta käyttää. Lisäaine-erien jakaminen punnituiksi eriksi on kuitenkin hidasta ja hankalaa. Sekoitinlaite voi olla muunkinlai-25 nen kuin julkaisussa WO 92/21436 kuvattu. Sekoitinlaitteen kautta on kuitenkin voitava kierrättää jatkuvasti säiliöstä otettua nestettä samalla sekoittaen siihen jauhemaisia aineita. Sekoitus voitaisiin tehdä esimerkiksi törmäyttämällä neste- ja jau-hesuihkuja vastakkain ja pumppaamalla seos takaisin säiliöön. Sekoituslaitteelta lähtevää poistolinjaan 15 voidaan järjestää väliliitäntöjä säiliön sivulle, koska seoksen 30 viskositeetin kasvaessa sekoitinlaite ei välttämättä jaksa nostaa seosta enää säiliön yläosaan. Säiliöön sekoitusvaiheessa annosteltavan nesteen määrä voi tietenkin vaih- 8 97699 della, mutta se on edullisesti noin 25 % kokonaisnestemäärästä, jolloin päästään alhaiseen energiankulutukseen. Luonnollisesti vaikeammin sekoittuvilla aineilla on käytettävä suurempaa nestemäärää. Lisäksi on mainittava, että sekoituslaitteella voidaan sekoittaa nesteeseen myös muita nesteitä ja kaasuja.

Claims (12)

1. Menetelmä jauhemaisten aineiden sekoittamiseksi nesteeseen, jossa menetelmässä 5. ainakin yhtä nestemäistä perusraaka-ainetta annostellaan säiliöön (1) , ja - nestemäiseen perusraaka-aineeseen sekoitetaan ainakin yhtä jauhemaista lisäainetta siten, että säiliöstä (1) otetaan nestettä, jota kierrätetään se- 10 koituslaitteen (4) kautta ja tähän säiliöstä (1) otettuun nestevirtaan sekoitetaan sekoituslaitteessa (4) ainakin yhtä jauhemaista lisäainetta, tunnettu siitä, että 15. säiliöön (1) annostellaan ainakin yhtä perusraaka-ainenestettä määrä, joka on pienempi kuin valmiiseen annokseen tarvittava nestemäärä, ja - loput tästä perusraaka-ainenesteestä annostellaan säiliöön (1) jauhemaisten aineiden sekoittamisen jälkeen seoksen lopullisen koostumuksen 20 ja määrän säätämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säiliöön (1) annostellaan nestettä määrä, joka on noin 2S% nesteen kokonaismäärästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nes tettä sekoitetaan säiliössä (1).

4. Jonkin edellä olevan atenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aineosien määrät mitataan punnitsemalla säiliötä (1). 30

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 10 97699 siitä, että jauhemainen aine sekoitetaan nesteeseen julkaisun WO 92/21436 mukaisella laitteella.

6. Laitteisto jauhemaisten aineiden sekoittamiseksi nesteisiin, joka laitteisto käsittää 5 - säiliön (1), jossa on liitännät (9) nesteiden annostelemiseksi säiliöön (1) ja valmiin tuotten poistamiseksi (19), - sekoituslaitteen (4) nesteen ja jauhemaisten aineiden sekoittamiseksi, 10 - laitteet (5, 14, 17) jauhemaisten aineiden syöttämiseksi sekoitusi aitteel-le (4), - sekoituslaitteen (4) nesteenottoliitännän, joka on kytketty säiliöön (1) 15 nesteen johtamiseksi säiliöstä (1) sekoituslaitteelle (4), ja - sekoituslaitteen (4) ulostulon, joka on liitetty säiliöön (1) seoksen palauttamiseksi säiliööön, jolloin säiliössä (1) olevaa nestettä ja seosta voidaan kierrättää sekoituslaitteen (4) kautta, 20 tunnettu siitä, että sekoituslaite (4) on suumopeusroottorisekoitin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu säiliön (1) alaosaan sovitetusta kylkisekoittimesta (3). 25

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekoituslaitteen (4) nesteenottoliitäntä on liitetty säiliön (1) alaosaan ja ulostulo säiliön (1) yläosaan. 3 0 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu sekoituslaitteelta (4) säiliön yläosaan menevään linjaan (15) järjestetyistä väliotoista (20) seoksen syöttä- il : . Utit Utti l;; Jjä . : 1 11 97699 miseksi säiliön keskiosaan.

9 97699 Patentti vaati m ukset :

10. Jonkin patenttivaatimuksista 6-9 mukainen laitteisto, tunnettu punni-tusantureista (2), joiden varaan säiliö (1) on sovitettu. 5

11. Jonkin patenttivaatimuksista 6-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteet jauhemaisten aineiden syöttämiseksi sekoituslaitteelle (4) käsittävät suursäkin (14), syöttimen (5) ja imulinjan (17) piensäkkejä (18) varten.

12 97699