JP2019166518A - 粘性の材料を熱処理する、特に粘性の材料に含まれる材料成分を熱的に分離する、装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粘性材料内に含まれる材料成分を熱的に分離するための装置の提供。【解決手段】加熱可能なハウジングケース１４が処理チャンバ１６を包囲し、かつ軸方向Ａに延びる回転対称の処理面１８を形成し、処理面上に材料フィルムを形成するために処理チャンバ内で軸方向に延びる駆動可能なロータ２６とを備えるハウジング１２を有する装置１０であって、ロータは、周面になでつけ部材３０が配置されるとともに、凝縮器３４が配置された凝縮室３２を包囲する中空軸２８を有する。なでつけ部材は移送部材として形成され、材料に材料入口２０から材料出口２２へ向かう方向の移送分力を与える。ロータの長手セクション内で、なでつけ部材のいくつかが移送部材として、かつ、いくつかが中空軸から張り出す分配部材として形成され、分配部材は歯を有し、歯のシアエッジは、軸方向Ａに対して４５°よりも小さい角度を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された、粘性の材料を処理する、特に粘性の材料に含まれる材料成分を熱的に分離する装置及び特にショートパス蒸発器に関する。

ショートパス蒸発器は、熱に敏感な材料を熱処理して、材料をそれぞれ濃縮し又は揮発成分除去し、その際に材料から遊離するガス状の材料成分を選択的に蒸留するために使用される。

ショートパス蒸発の原理は、蒸発器へ供給される、以下において「材料」と称される混合物質が、蒸発面を形成する処理面において加熱されて、その際に遊離するガス状の材料成分が、蒸発面に対向する凝縮面において凝縮することに基づいている。このプロセスの際に、蒸発面と凝縮面との間の間隔は、蒸発面から凝縮面への距離を介しての圧力損失を最小限に抑えるために、きわめて小さく選択される。それが、ショートパス蒸発器内で０．１Ｐａ（０．００１ｍｂａｒ）までのきわめて低い駆動圧力においてかつそれに応じた低い沸騰温度によって作業することを可能にする。

例となるショートパス蒸発器が、欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書と欧州特許出願公開第２０３９４０９号明細書に記述されている。

すなわち、欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書には、具体的にショートパス蒸発器が記述されており、それは凝縮器の上方に、ハウジングの長手軸線を中心に回転可能かつ駆動の間回転するディスク形状のロータプレートを有しており、そのロータプレートの周辺の端縁領域に懸架部が配置されており、その懸架部には、供給された材料を蒸発面上に分配するための分配手段が一周するように配置されている。具体的に、欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書に記載されたこの分配手段は、ワイパーブレードの形式で存在しており、ワイパーブレードは、周方向に規則的な間隔で、かつ、それらが長手軸線を中心として延びる螺旋上に位置するように、軸方向に互いに対してオフセットされて配置されている。

欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書及び欧州特許出願公開第２０３９４０９号明細書に記述されるショートパス蒸発器は、比較的高粘性の混合物質用に設計されており、この混合物質は、蒸発面上で重力に基づいて下方へ流れ、かつ、この途上で蒸発面上に永続的に塗りつけられ、それによって滞留時間が増大する。

さらに、独国特許出願公開第１４４４３２６号明細書には、垂直の軸線に対して回転対称の加熱される支持体面を備えた、液体を蒸発させ、分離し、あるいは蒸留するための装置が記述されており、その支持体面上で液体が薄い層をなして下方へ流れることができる。支持体面上に液体層を広げるために、塗り広げ機構が設けられており、それが螺旋形状に延びて、軸線を中心に回転可能であって、回転運動の間に軸方向に振動されて、その振動が液体層内に干渉波を発生させる。

しかしながら、欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書、欧州特許出願公開第２０３９４０９号明細書及び独国特許出願公開第１４４４３２６号明細書に記述されたショートパス蒸発器は、高い粘性を有する材料若しくは混合物質には適しておらず、又は、限定的にのみ適している。すなわち、従来のショートパス蒸発器のための粘性限界は、通常約２５Ｐａｓである。というのは、処理すべき物質が重力の作用を受けて下方へ流れることができることが、保証されなければならないからである。

高粘性の製品を熱処理し、同時に処理面上での処理すべき物質の均一な分配を保証することが、独国特許出願公開第１９５３５８１７号明細書で扱われている。これに関連して記述される装置は、コアパイプを有しており、そのコアパイプに、ロータ軸線に対して平行に配置された、角のある形状のウェブプレートが溶接されており、そのウェブプレートの外側にブレード部材が螺旋形状に配置されている。それによって、上述した分配部材又は塗り広げ機構と比較して、粘性材料の滞留時間を短縮することはできるが、この装置は、きわめて粘性の高い材料、特に２５Ｐａｓよりずっと高い粘性を有する材料には、限定的にしか適していない。

欧州特許出願公開第２０３９４０８号明細書 欧州特許出願公開第２０３９４０９号明細書 独国特許出願公開第１４４４３２６号明細書 独国特許出願公開第１９５３５８１７号明細書

したがって本発明の課題は、材料がきわめて高い粘性を有し、特に１００Ｐａｓより高い、特に１、０００Ｐａｓよりも高い粘性を有する場合でも、温度に敏感な材料のために、材料内に含まれる材料成分の良好な分離を可能にする、材料を熱処理するための、特に材料内に含まれる材料成分を熱的に分離するための、装置を提供することである。

本発明に係る課題は、請求項１に記載の装置によって解決される。好ましい実施形態が、従属請求項に記載されている。

冒頭で述べたように、この装置は粘性の材料の熱処理に、特に粘性の材料内に含まれる材料成分の熱的分離に向けられている。装置は、特にショートパス蒸発器に関する。

装置は、加熱可能なハウジングケースを備えたハウジングを有しており、ハウジングケースは、処理チャンバを包囲し、かつ、軸方向に延びる回転対称の処理面を形成している。装置は、典型的に垂直に方向づけされている。したがって本発明の枠内で参照される軸方向は、通常、垂直方向に相当する。

ハウジングの入口領域内には、処理すべき材料を処理チャンバ内へ導入するための材料入口が配置され、ハウジングの出口領域内には、材料を処理チャンバから運び出すための材料出口が配置されている。したがって、この材料出口は、装置が垂直に方向づけされている場合に、ハウジングの下方の領域内に配置され、材料入口はずっと上に配置される。

装置は、さらに、処理面上に材料フィルムを形成するために、処理チャンバ内に配置されかつ同軸に延びる駆動可能なロータを有しており、ロータは、中空軸を有し、その周面にわたって分配してなでつけ部材が配置されており、そのなでつけ部材の径方向一番外側の、すなわち周辺の、端部は、処理面から離隔している。典型的に、なでつけ部材の周辺の端部と処理面との間隔は、約１ｍｍから５ｍｍの範囲内にあって、いくつかの場合において、特にきわめて大容積の装置においては、８ｍｍまでとすることができる。

中空軸は、凝縮室を包囲し（その中に通常固定の凝縮器が配置されており）、かつ、通過開口部を有し、熱処理する際に材料から遊離したガス状の材料成分がその通過開口部を通して凝縮室内へ達することができる。中空軸は、通常円筒状に、特に真円筒状に形成されており、通過開口部が円筒外表面に配置されている。

なでつけ部材は、少なくとも部分的に移送部材として形成されており、それが材料に、材料入口から材料出口へ向かう方向に、すなわち通常下方へ、移送分力を与える。

本発明によれば、少なくともロータの長手セクション内、特に中央の長手セクション内において、なでつけ部材のいくつかが、移送部材として形成され、いくつかが、ロータ軸から張り出す分配部材として形成されており、分配部材は、歯を有し、歯のシアエッジは、軸方向に対して４５°より小さい角度を形成する。

したがって本発明によれば、主に移送機能を有し、したがって移送部材を形成するなでつけ部材と、主に分配機能を有し、したがって分配部材を形成するなでつけ部材と、が存在する。

一方で、移送部材の存在に基づいて、きわめて高粘性の材料も充分に高い速度で処理チャンバを通して移送され、したがって材料が高い温度と高い剪断率にさらされる滞留時間又は処理期間を充分低く抑えられることが、保証される。他方で、分配部材の存在に基づいて、材料がきわめて高い粘性を有する場合でも、きわめて良好な分配と処理面上の最適な表面更新が保証される。

したがって最終的に本発明に基づいて、きわめて高粘性の材料の最適な処理、特に高い揮発成分除去率を得ることができ、同時に材料内へのエネルギ投入は、材料が損傷せず、かつ特に熱に基づく崩壊が行われない程度まで、制限することができる。

したがって本発明に係る装置は、１５、０００Ｐａｓまでの粘性を有する材料を最適に処理し、特に揮発成分除去し、かつ、いくつかの場合において、それが揮発成分除去と組み合わされようと又はそれに関係なくても、反応することを可能にする。具体的には、本発明に係る装置は、高粘性のポリマーの処理に適しており、それにおいて重合反応後にまだ重合体内に含まれる溶剤、及び／又は、過剰な若しくは反応の間に望まれずに形成された比較的高い沸点を有するモノマー又はオリゴマーが分離されなければならない。

本発明に係る装置は、後から再び成長する原材料をベースにしたポリマーの処理に、特に適している。というのは、このポリマーは一般に、比較的温度に敏感だからである。本発明に係る装置は、特にポリマー及び高粘性の材料を処理するためにも効果的であって、それらは医療、化粧品及び食品テクノロジーの分野で使用するために特に高い程度の揮発成分除去をもたなければならない。述べたように、装置はまさに比較的温度に敏感な材料を処理するために特によく適している。というのは、材料がさらされる熱エネルギは、比較的低く選択可能な温度と処理面上の滞留時間とによって、最適に調節することができるからである。

典型的に、本発明に係る装置によって処理すべき材料の粘性は、１００から１５、０００Ｐａｓの範囲、特に１、０００Ｐａｓから１０、０００Ｐａｓの範囲内、かつ特に１、５００Ｐａｓから６、０００Ｐａｓの範囲内にある。ここで、粘性値は、駆動温度、及び、Ｄ＝１０ｓｅｃ^-1の剪断勾配に基づく。

本発明に係る装置の駆動温度について言えば、駆動温度は一般的に、４０から４００℃の範囲、特に１５０から３５０℃の、さらに特に２０から３００℃の範囲内にある。

請求項に基づく特徴である、「少なくともロータの長手セクション内で」、なでつけ部材のいくつかが、移送部材として、いくつかが、分配部材として形成されている、ということは、なでつけ部材のこのデザインが、ロータの全長にわたって実現されている実施形態も、これがロータの長さの一部のみにわたって、特に中央の長手セクション内だけで実現されている実施形態も、本発明に含まれることを、意味している。

説明したように、分配部材は歯を有しており、その歯が中空軸から張り出している。歯が中空軸から少なくともほぼ径方向に、又は、代替的に、径方向に対して角度をもって、張り出していることが考えられる。通常、歯はそれぞれ、中空軸上に配置された、軸方向に延びる多数のフランジ上に固定されている。

好ましい実施形態によれば、少なくともいくつかの歯のシアエッジは、軸方向に対して０°から４０°の範囲内の角度を形成している。

それぞれの適用に応じて、上述した角度が１０から３０°の範囲内にあり、特に約２０°であると、特に効果的であり得る。この実施形態によれば、分配部材も、処理すべき材料に材料出口へ向かう方向に移送分力を与え、この移送分力は、移送部材のそれよりも小さい。この実施形態について、たとえば、歯が、近位の部分片と、遠位の部分片と、を有しており、近位の部分片は、軸方向に対して平行に延びる平面内に位置し、かつ、その部分片を介して歯がフランジ止めされ、遠位の部分片は、軸方向に対して斜めに延びる平面内に位置し、かつ、その径方向一番外側の端部がシアエッジを形成することが、考えられる。

それぞれ適用に応じて、この実施形態の代わりに、分配部材の少なくともいくつかのもののシアエッジが、上述した角度よりも小さい角度を形成し、かつ特に軸方向に対して少なくともほぼ平行に延びており、すなわち軸方向に対して約０°の角度を形成することが、好ましい場合があり得る。後者の場合に、分配部材は、完全に移送ニュートラルであり、分配する機能のみを有している。分配部材のどのような具体的構成が選択されるかは、最終的に処理すべき材料に依存し、かつ本発明に係る定義の内部で変化することができる。

移送部材について言えば、移送部材は、少なくとも１つの移送リブを有しており、その径方向の外側エッジは、軸方向に対して、通常４５°よりも大きい角度を形成する。したがって、きわめて高粘性の材料においても、移送部材によって与えられる移送分力は、処理チャンバを通しての所望の移送速度を得るために、充分に高い。

好ましくは、移送リブの径方向外側エッジは、軸方向に対して最大で６５°の角度を形成する。さらに特に、角度は、５０°から６０°の範囲内にある。

移送部材の移送作用が移送リブの径方向外側エッジの添接角度によって定められる他に、移送部材の移送作用は付加的に、移送リブの数、又は、軸方向に互いに連続する移送リブの間の間隔によって、調節することができる。

特に好ましい実施形態によれば、移送部材はそれぞれ、軸方向に対して少なくともほぼ平行に配置された、角のある形状のウェブプレートを有しており、その外側に少なくとも１つの螺旋形状に延びる移送リブが配置されている。したがって、角のある形状によって、ウェブプレートは第１及び第２のウェブプレート面に分割され、それらは、互いに対して斜めに延びる平面内に位置している。

移送リブの外側エッジの他に、この実施形態においては、ウェブプレートの角のある形状によって、通常軸方向に延びるシアエッジが得られ、そのシアエッジは、移送リブの径方向の外側エッジに対してひっこんでおり、したがって、それに比較して処理面からより大きい間隔で配置されている。したがって、この実施形態によれば、移送部材も、処理面上で材料を最適に分配するのに寄与する。

他の好ましい実施形態によれば、ロータの周方向において、分配部材が、移送部材と交互になるように配置される。というのは、それによって処理面上の材料のきわめて均質な分配を保証することができるからである。

さらに、材料入口の領域内では、ロータのなでつけ部材を、もっぱら移送部材として形成し、それによって、特にこの領域内で高い移送速度が得られ、それに伴って、材料の堰き止めに対抗作用すると、効果的であり得る。

典型的に、装置の駆動中に、処理チャンバの領域内には０．１から０．５Ｐａの領域内の圧力が存在し、それによって、適度の温度においても、できる限り高い揮発成分除去率を得ることができる。

このように駆動圧が低い場合又はこのように真空が高い場合に、好ましくは前揮発成分除去段が設けられ、それが、処理すべき材料の揮発性の成分の大部分を分離してから、材料が処理チャンバ内へ導入される。したがって、ガス体積流が処理可能な程度に維持される。好ましくは、処理すべき材料は導入直前にガス相と釣り合っている。

もちろん、それぞれ適用場合に応じて、装置の駆動圧は、それによって良好な処理、特に充分な揮発成分除去が保証される場合には、もっと高くすることもできる。

それにもかかわらず、処理チャンバ内へ導入される際に材料が著しい圧力減少にさらされることに基づいて、ガス状の成分は、（いわゆる「フラッシュ蒸発」の過程において）即座に材料から遊離し、それが材料を運び去ることがある。運び去られた材料が中空軸上へ達し、そして最終的に凝縮室内へ達して、凝縮物を汚染し得ることを回避するために、好ましい実施形態に基づく装置は、材料入口の領域内に、中空軸を完全に包囲するスプラッシュガードを有している。

できる限り簡単で、したがって好ましい実施形態によれば、スプラッシュガードは、複数の移送部材と、複数のプレートと、によって形成され、プレートの各々は、２つの周方向に互いに連続する移送部材を結合する。したがって、移送部材が、外側に螺旋形状に延びる少なくとも１つの移送リブ備えた、それぞれ角のある形状のウェブプレートを有している、上述した実施形態においては、図に関連してさらに説明するように、第１の移送部材の第１の先端表面側は、回転方向において第１の移送部材に先行する第２の移送部材の第２の先端表面側と結合することができる。

材料出口の領域内で材料の堰き止めを防止するために、他の好ましい実施形態によれば、この領域内においてもロータのなでつけ部材は、もっぱら移送部材として形成されている。

通常、周方向に分配されたなでつけ部材の数は、４と８０の間、好ましくは６と４８の間にあり、かつ、もっとも好ましくは８と３２の間である。それによって材料を処理面上で処理する間、その材料のきわめて良好な移送と分配を得ることができる。なでつけ部材の最適な数は、それぞれの適用とロータの大きさもしくは直径に依存する。

同様に、図の枠内で説明するように、特に好ましい実施形態によれば、ロータは、すべてのなでつけ部材が移送部材として形成されている、入口領域と出口領域の間に中央領域を有しており、移送部材が入口領域のいくつかの移送部材の軸方向の延長内でその中央領域にわたって延びている。この移送部材が中央領域内でそれぞれ分配部材と交互になり、その分配部材が、それぞれ同様に入口領域の移送部材に対する延長内に配置されている。

説明したように、本発明によれば、凝縮器は、凝縮室内に配置されており、その凝縮室が、中空軸によって包囲されている。

特に好ましい実施形態によれば、凝縮器は、インナーパイプと、インナーパイプを同心に包囲するアウターパイプと、を有している。アウターパイプ及びインナーパイプの双方が、それぞれ外壁と内壁とを有しており、それらは、少なくともある１つの領域又は複数の領域において互いに離隔しており、そのようにして、インナーパイプ内にインナーパイプ冷却媒体循環通路を、アウターパイプ内にアウターパイプ冷却媒体循環通路を、形成している。この場合に、インナーパイプ冷却媒体循環通路及びアウターパイプ冷却媒体循環通路は、互いに流体的に接続されている。ここで、凝縮器は、通常、２つの冷却媒体循環通路の一方の中へ、したがってたとえばアウターパイプ冷却媒体循環通路内へ、冷却媒体供給導管が連通し、各場合において、他方の冷却媒体循環通路から、したがって上述した例においてはインナーパイプ冷却媒体循環通路から、冷却媒体出口が離れるように案内されるように、形成されている。典型的に、冷却媒体供給導管及び冷却媒体出口は、凝縮器の下方の領域内に配置され、かつ、それらの冷却媒体循環通路の間の接続は、上方の領域内に配置されている。したがって、冷却媒体は、駆動中に、アウターパイプ／インナーパイプの下方の領域から上方へ向かって流れ、上方の領域内でそれぞれ他方のパイプ内へ溢流し、そこからインナーパイプ又はアウターパイプ内を下方へ向かって流れる。

さらに、インナーパイプ及びアウターパイプの双方が、プレートから形成されており、そのプレート内で、内壁が外壁と点状に互いに溶接されており、内壁と外壁の間に生じる中空クッションが、冷却媒体循環通路として用いられることが、考えられる。この場合に、溶接結合のために、溶接回路を設けることができ、中空クッションがプレートのそれぞれ上方と下方の端部において、通常、一周する継目を介して閉鎖されている。これが、凝縮器をきわめて軽く、かつコンパクトで、しかもきわめて安定するように形成することを可能にする。

さらにアウターパイプ内に、通常、窓が配置されており、その窓によって、凝縮のためのガス状の成分がインナーパイプにも達することが保証される。この場合に、窓は、好ましくは長手方向及び周方向に均一に配置されている。

同様に本発明に含まれる、凝縮器が円筒多管凝縮器として形成されている装置に比較して、凝縮器の上述した特に好ましい形態の場合に改良された静的特性が得られ、それがまさに、きわめて高粘性の材料の処理に向けられた本発明に係る装置の、従来の装置に比較して高められたＬ／Ｄ比に関して、特に効果的である。

円筒多管凝縮器は、たとえばきわめて大型の装置において効果的であることができ、円筒多管凝縮器の使用は、比較的小型の装置のためにも排除されない。好ましくは、円筒多管凝縮器のパイプは、視認可能な隙間が残らないように、２つの同心の列内で互いにオフセットされて配置されている。

本発明に係る装置の他の好ましい実施形態によれば、ハウジングが真空接続端を有しており、その真空接続端は、真空を直接的に凝縮室に、すなわち中空軸の内部に供給するように、形成されている。特に好ましくは、真空接続端がハウジングの上側部分内へ連通し、その上側部分が凝縮室と流体的に接続されており、かつ、処理チャンバに対して密閉されており、密閉するために、特に回転するラビリンスシールを設けることができる。

特に、材料入口の領域内に中空軸を完全に包囲するスプラッシュガードが存在している、上述した実施形態に関連して、この領域内で材料が並流で案内されること、及び、凝縮室を通過しており、したがって与えられた条件のもとでは凝縮できないガス状の成分（したがって揮発可能な成分である）のみが引き出されることを、保証することができる。これは最終的に、処理された材料の低沸騰成分の凝縮率が高いことにおいて、もたらされる。

ロータは、通常片持ち支承されている。好ましい実施形態によれば、ロータは、その材料出口側の、すなわち下方の、終端領域内に少なくとも２つの軸対称に配置された軸受ブロックを有しており、かつ、径方向にハウジングの軸受リングによって案内され、その軸受リングが軸受ブロックと共に材料潤滑される軸受を形成する。

軸受ブロックは、ロータが回転する間、材料が軸受リングと軸受ブロックとの間の径方向の間隙内へ押圧されるように、形成されている。さらに好ましくは、複数の軸受ブロックの間に付加的に移送部材、特に上で説明した移送部材が配置されており、その移送部材は、その外側に螺旋形状に延びる少なくとも１つの移送リブを備えた角のある形状のウェブプレートを有している。それによって、径方向のロータガイド又は軸受を通した材料移送が、少なくともほぼ維持できることが保証される。

ロータの下方の領域内の径方向のガイドによって、従来のショートパス蒸発器に比較してきわめて高いＬ／Ｄ比を有する装置が可能となり、それはまさに、本発明に係る装置がきわめて高粘性の材料の処理に向けられていることに関して、特に好ましいことである。

通常、本発明に係る装置の材料入口は、ハウジングに対して接線状に方向づけされた接続端の形式で存在する；これは、たとえば欧州特許出願公開第２０３９４０９号明細書に記載されるような、材料供給が上から、したがって処理チャンバを上で閉鎖するカバーを通して、行われる、すでに知られているショートパス蒸発器とは異なっている。

材料出口に関して言えば、材料出口は好ましくは、軸方向において処理チャンバに連続する、したがって中央に配置された、搬出装置の形式で形成されている。これはたとえば、円錐状の供給容器と状態制御されるポンプとを有する漏斗の形式で存在することができる。したがって、本発明に係る装置は、さらに、たとえば欧州特許出願公開第２０３９４０９に示されるような、材料が側方で、通常ポケットを介して、処理チャンバから導出される、すでに知られているショートパス蒸発器とは異なる。

好ましい実施形態によれば、下から取り付けられて駆動される搬出補助、特に移送ウォームを設けることができ、それが製品を側方に配置されたポンプへ供給する。他の好ましい実施形態によれば、搬出補助を、記述された軸受に直接的に接続して、ロータと同じ回転数で、処理された材料を下方に配置されている搬出ポンプへ供給することが、考えられる。

したがって、処理済みの搬出すべき材料の粘性がきわめて高い場合でも、比較的高い搬出移送速度が保証され、かつ、材料出口前の堰き止めが最小限に抑えられる又は阻止される。

それにもかかわらず、場合によっては詰まってしまった材料が凝縮器へ達して、凝縮器出口を詰まらせたりしないことを、保証するために、他の好ましい実施形態に係る装置は、凝縮器を同心に包囲する静的なカバープレートを有している。すなわち、材料搬出が充分でない場合に上方へ押圧される材料が、カバープレートによって凝縮器から遠ざけられる。そのために、カバープレートが上方へ向かって円錐状に細くなると、好ましい場合がある。しかしまた、円筒状のカバープレートも考えられる。

特に、カバープレートが円筒状に形成されている実施形態に関して、カバープレートの高さにおいてロータがその内側に、カバープレートに対する相手片として形成された、ブッシュを有し、その内側に移送螺旋が取り付けられていると、さらに効果的である。したがって、このブッシュは、ロータと共に回転する。移送螺旋は、下方へ向かう、すなわち材料出口へ向かう、移送方向を有している。この場合に、ブッシュとカバープレートとの間の間隙は、ずっと上に形成されている、ロータと凝縮器との間の間隙よりも小さく、それによって、移送螺旋は、カバープレートに対して比較的短い間隔で回転し、それによって、最終的に下方へ向かうきわめて効果的な材料移送及び凝縮器出口の良好な密閉を保証することができる。

上述した装置の他に、本発明は、他の視点によれば、粘性の材料を熱的に処理する、特に粘性の材料内に含まれる材料成分を熱的に分離する装置に関するものであって、その装置は、加熱可能なハウジングケースを備えたハウジング（そのハウジングケースが、処理チャンバを包囲し、かつ、軸方向に延びる回転対称の処理面を形成する）、処理すべき材料を処理チャンバ内へ導入するために、ハウジングの入口領域内に配置された材料入口、材料を処理チャンバから搬出するために、ハウジングの出口領域内に配置された材料出口、及び、処理面上に材料フィルムを形成するために、処理チャンバ内に配置されかつ軸方向に延びる駆動可能なロータ、を有しており、ロータが、中空軸を有しており、その周面にわたって分配されてなでつけ部材が配置されており、その径方向一番外側の端部が、処理面から離隔しており、中空軸が、凝縮室を包囲し（そのなかに凝縮器が配置されている）、かつ、通過開口部を有し、熱処理する場合に、その通過開口部を通して、材料から遊離したガス状の材料成分が凝縮室内へ達することができ、凝縮器が、インナーパイプと、インナーパイプを同心に包囲するアウターパイプと、を有し、それらがそれぞれ、外壁と内壁とを有し、それらが、少なくともある１つの領域又は複数の領域において互いに離隔しており、かつ、そのようにして、インナーパイプ内にインナーパイプ冷却媒体循環通路を、アウターパイプ内にアウターパイプ冷却媒体循環通路を、形成し、かつ、インナーパイプ冷却媒体循環通路及びアウターパイプ冷却媒体循環通路が互いに流体的に接続されている。

本発明のこの視点は、凝縮器が円筒多管凝縮器として形成されている装置に比較して、改良された静的特性を有する装置を提供することを可能にする。特に、従来の装置に比較して増大されたＬ／Ｄ比を有する装置は、まさにきわめて高粘性の材料を処理する装置の適用に関して、材料の最適な処理を可能にする。

他の視点によれば、本発明はそのほかにおいて、粘性の材料を熱処理する、特に粘性の材料内に含まれる材料成分を熱的に分離する装置に関するものであって、装置は、加熱可能なハウジングケース（このハウジングケースが処理チャンバを包囲し、かつ、軸方向に延びる回転対称の処理面を形成する）を備えたハウジング、処理すべき材料を処理チャンバ内へ導入するために、ハウジングの入口領域内に配置された材料入口、材料を処理チャンバから搬出するために、ハウジングの出口領域内に配置された材料出口、及び、処理面上に材料フィルムを形成するために、処理チャンバ内に配置されかつ同軸に延びる駆動可能なロータを有し、ロータが中空軸を有し、その中空軸の周面にわたって分配してなでつけ部材が配置されており、そのなでつけ部材の径方向一番外側の端部が、処理面から離隔しており、中空軸が凝縮室（この中に凝縮器が配置されている）を包囲し、かつ、通過開口部を有し、熱処理する場合に材料から遊離したガス状の材料成分がその通過開口部を通して凝縮室内へ達することができ、装置が、材料入口の領域内に中空軸を完全に包囲するスプラッシュガードを有している。

上述したように、それによって、処理チャンバ内へ導入する際に、フラッシュ蒸発によって運び去られる材料が、中空軸へそして最終的に凝縮室内へ達して、凝縮物を汚染してしまうことが、回避される。

他の視点によれば、本発明は粘性の材料を熱処理する、特に粘性の材料内に含まれる材料成分を熱的に分離する装置に関するものであって、装置は、加熱可能なハウジングケース（このハウジングケースが処理チャンバを包囲し、かつ、軸方向に延びる回転対称の処理面を形成する）を備えたハウジング、処理すべき材料を処理チャンバ内へ導入するために、ハウジングの入口領域内に配置された材料入口、材料を処理チャンバから搬出するために、ハウジングの出口領域内に配置された材料出口、及び、処理面上に材料フィルムを形成するために、処理チャンバ内に配置されかつ同軸に延びる駆動可能なロータを有し、ロータが、中空軸を有し、その中空軸の周面にわたって分配してなでつけ部材が配置されており、そのなでつけ部材の径方向一番外側の端部が処理面から離隔しており、中空軸が、凝縮室（この中に凝縮器が配置されている）を包囲し、かつ、通過開口部を有し、熱処理する場合に材料から遊離したガス状の材料成分がその通過開口部を通して凝縮室内へ達することができ、かつ、なでつけ部材の少なくともいくつかが、移送部材として形成されており、その移送部材が材料に、材料入口から材料出口へ向かう移送分力を与え、ハウジングが、真空接続端を有し、その真空接続端が、真空を直接的に凝縮室に、すなわち中空軸の内部へ供給すること、特に真空接続端がハウジングの上側部分内へ連通し、その上側部分が、凝縮室と流体的に接続されており、かつ、処理チャンバに対して密閉されている。

したがって、凝縮室を通過したガス状の成分のみが引き出され、それによって最終的に、処理された材料の低沸騰成分の高い凝縮率をもたらす、装置を提供することができる。

本発明の記述されるすべての他の視点について、第１の視点について好ましいとしてあげられた特徴が、同様に好ましいとして当てはまる。

添付の図面を用いて本発明をさらに説明する。

本発明に係る装置を示し、見やすくするため、凝縮器がはっきりと見えようにするために、ハウジングケースと中空軸は、表示から除去されている。 図１に示す装置のロータを示している。 材料入口の上方で軸方向に対して横に切断された本発明に係る装置を斜視図で示している。 図３に示す装置を材料入口の高さで示す横断面図である。 図４に示す移送部材の詳細を示す図である。 図１に示す装置の凝縮器を示している。 図６に示す凝縮器を横断面で示している。 図６に示す凝縮器を、図７に示す切断平面に沿って示す縦断面図である。 図６に示す凝縮器の下方の部分を拡大して示す縦断面図である。 ロータの材料出口側の終端領域を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明に係る装置１０は、加熱可能なハウジングケース１４を備えた、垂直に方向づけされたハウジング１２を有しており、そのハウジングケースは、処理チャンバ１６を包囲し、かつその内側において、軸方向Ａに延びる回転対称の処理面１８を形成している。

装置はさらに、ハウジングケース１４を通って案内される、処理すべき材料を処理チャンバ１６内へ導入するための材料入口２０と、材料出口２２と、を有している。ハウジングケースに対して接線方向に方向づけされた材料入口２０は、その他において、たとえば図４に示されている。

処理チャンバ１６内には、同軸に延びるロータ２６が配置されており、ロータは、駆動ユニット２４によって駆動可能である。このロータは、中空軸２８と、なでつけ部材３０と、を有しており、なでつけ部材は、中空軸２８から張り出し、かつ、その周面にわたって分配して配置されている。この場合に、なでつけ部材３０の径方向一番外側の端部は、処理面１８から離隔しており、それによって駆動中、すなわちロータ２６が回転する間、材料を処理面１８上で薄い材料フィルムになるようになで広げる。

中空軸２８は、凝縮室３２を包囲しており（その中に固定の凝縮器３４が配置されている）、かつ通過開口部３６を有しており、熱処理する場合に、その通過開口部を通して、材料から遊離したガス状の材料成分が、凝縮室３２内へ達し、それによってそこで凝縮器３４に接して凝縮することができる。

図２から図４に示すロータ２６には、なでつけ部材が中空軸２８の周面にわたって分配されて、軸方向に対して平行に延びる、全部で１６列で配置されている。

入口領域２１内、すなわち材料入口２０の高さのロータ２６の領域内と、出口領域２３内では、全部のなでつけ部材３０が移送部材３０１として形成されており、それが材料に材料入口２０から材料出口２２の方向に移送分力を与える。具体的には、移送部材３０１は角のある形状のウェブプレート３８を有しており、その外側に螺旋状に延びる移送リブ４０が配置されている。

この移送リブ４０の外側エッジは、図示される実施形態において、ロータの軸線に関して約６０°の角度を形成している。

さらに、ウェブプレート３８の先端表面の頂部が、軸方向に延びるシアエッジ４２を形成し、そのシアエッジは、移送リブ４０の径方向の外側エッジ４４に対して、ひっこんでおり、したがって、特に図５に示すように、このエッジに比較して、処理面１８から比較的大きい距離で配置されている。具体的には、ウェブプレート３８の先端表面の頂部又は移送部材３０１のシアエッジ４２は、図示される実施形態において、処理面１８から約５ｍｍ離れている一方で、移送リブ４０の径方向外側エッジ４４と処理面との間の距離は、約３ｍｍしかない。

その内部ですべてのなでつけ部材３０が移送部材３０１として形成されている、入口領域２１と出口領域２３の間に、中央領域４６が配置されている。この中央領域内では、周方向に分配されたなでつけ部材の半分のみ、すなわち具体的な場合において８つのなでつけ部材が、入口領域２１のそれぞれの移送部材の軸方向の延長上で、移送部材３０１として形成されている。これらがそれぞれ分配部材３０２と交互になり、分配部材はそれぞれ、同様に、入口領域２１の移送部材３０１に対して軸方向の延長上に配置されている。

分配部材３０２は、中空軸から径方向に張り出しており、図示される実施形態において、軸方向に相前後して配置された多数の歯４８を有している。この場合に、歯４８の径方向一番外側の端部がそれぞれシアエッジ５０を形成し、それらがロータ２６の軸線Ａに対して平行に延びている。したがって、分配部材３０２は、無視できる又は存在しない移送機能と同時に、主に、分配機能を有している一方で、周方向に後続の移送部材３０１は、主に、移送機能を有し、二次的に、−ウェブプレートのシアエッジ４２によって−、分配機能を有している。この場合に、軸方向に一直線であることによって移送に関してニュートラルな歯のシアエッジ５０は、すでに説明しかつ特に図５に示すように、移送部材のウェブプレートのシアエッジ４２の場合よりも、処理面１８から短い間隔で配置されている。したがって、材料をぬりつけるために与えられた間隙が比較的狭いことに基づいて、分配部材３０２は、移送部材３０１よりも剪断力が高い。

ハウジング１２は、処理チャンバ１６の他に、その上方に配置されかつ処理チャンバに対して密閉された上側部分５２を有しており、その中へロータ２６と凝縮器３４が張り出している。具体的には、処理チャンバ１６と上側部分５２の間を密閉するために、たとえば回転するラビリンスシール５４が考えられる。

ハウジング１２の上側部分５２内へ真空接続端５６が連通している。したがって、この実施形態において、真空は、真空接続端５６と流体的に接続されている凝縮室３２へ直接的に適用されるが、上側部分５２に対して密閉された処理チャンバ１６には、適用されない。したがって、真空接続端５６を介して引き出されるガス状のコンポーネント全体が凝縮室３２を通過し、それによって、凝縮すべき低沸騰する材料コンポーネントのきわめて高い収量がもたらされる。

そのほかにおいて、特に図４及び図５に示すように、入口領域２１において、周方向に連続する移送部材３０１の各々のペアが、接続プレート５８によって結合されている。具体的には、第１の移送部材のウェブプレートの先端表面の第１の面３８ａが、回転方向において第１の移送部材に先行する、第２の移送部材のウェブプレートの先端表面の第２の面３８ｂと結合されている。

それによって、中空軸２８を完全に包囲するスプラッシュガード６０が形成され、当該スプラッシュガードは、処理チャンバ内へ導入される際に「フラッシュ蒸発」にさらされて瞬時に材料から遊離するガス状の材料コンポーネントによって一緒に連れ去られる材料が、中空軸２８上へ又は凝縮室３２内へ達して最終的に凝縮物を汚染することを、阻止する。

したがって、スプラッシュガード６０が形成されている領域においては、材料、及び、処理の際に遊離するガス状の材料成分は、並流で案内される一方で、移送方向においてそれに連続する中央領域４６及び出口領域２３においては、材料、及び、ガス状の材料成分は、向流で案内される。したがって、移送方向において第１の領域（この領域において、高真空への進入又はそれによって生じる「フラッシュ蒸発」が考慮される）の後の、第２の領域において、最適な揮発成分除去が得られる。というのは、処理すべき材料と濃厚化された蒸気との接触が最小限に抑えられるからである。

図示される実施形態のロータ２６は、片持ち支承されており、かつ、出口領域２３内で径方向に軸受リング（図示せず）によって案内され、その軸受リングが、中空軸２８に配置された図２に示す軸受ブロック６２と共に、材料潤滑される軸受を形成する。この目的のために、軸受ブロックは、ロータ２６が回転する間に材料が軸受リングと軸受ブロックとの間の径方向の間隙内へ圧入されるように、形成されている。

すでに述べたように、凝縮器３４は、中空軸２８によって包囲される凝縮室３２内に配置されており、その凝縮室は、熱処理する際に材料から遊離するガス状の材料成分を通過させ、かつ、最終的にこれらのガス成分に含まれる難揮発性の物質を凝縮するために、通過開口部３６を介して処理チャンバ１６と接続されている。

固定的な凝縮器３４は、中央に配置されたピン６６を介して安定化され、そのピンは、中空軸２８の上方を閉鎖するプレート６４によって保持される。具体的に図示される実施形態において、このピンは、凝縮器の、アウターパイプを越えて張り出すインナーパイプの上方の端部に固定されている。

具体的に、凝縮器３４は、インナーパイプ６８と、インナーパイプを同心に包囲するアウターパイプ７０と、を有しており、インナーパイプ６８は、高さ方向にアウターパイプ７０を越えて張り出しており、その上方の端部に上述したピン６６を有している。インナーパイプ６８及びアウターパイプ７０の双方が、それぞれ、外壁６８１又は７０１と、内壁６８２又は７０２と、を有しており、それらは、ある一つの領域又は複数の領域において互いに離隔しており、かつ、そのようにして冷却媒体を循環させるための間隙を形成している。したがって、インナーパイプ６８内には、インナーパイプ冷却媒体循環通路６８３が、そして、アウターパイプ７０内には、アウターパイプ冷却媒体循環通路７０３が形成されており、それらが互いに流体的に接続されている。

さらに、アウターパイプ内に、長手方向及び周方向に均一に分配された窓６９が配置されており、それらの窓によって、ガス状の成分が凝縮するためにインナーパイプ６８にも達することが、保証される。

具体的に示す実施形態又は図９の詳細表示において、冷却媒体供給部７４を介して冷却媒体リザーバ７６からアウターパイプ冷却媒体循環通路７０３へ供給される冷却媒体供給導管７２が、出口領域に連通している。そこから、冷却媒体は上方へ流れて、図８に示す接続通路７５を介してインナーパイプ冷却媒体循環通路６８３内へ溢流し、その中で下方へ流れてから、冷却媒体出口７８を介してインナーパイプ冷却媒体循環通路６８３から出るように案内される。この場合において、冷却媒体供給部７４及び冷却媒体出口７８は、ハウジングから径方向に離れるように案内され、かつ、たとえば図７を図８と一緒に見ると明らかなように、互いに約１２０°離隔している。冷却媒体が循環する間、熱エネルギがガス状の材料成分から凝縮器面を介して冷却媒体へ伝達され、それによって、最終的に凝縮器面上で難揮発性の物質の凝縮がもたらされる。

生じる凝縮物が凝縮器面上で下方へ向かって、そして最終的に、シンク又は槽の形式で形成された凝縮器底８０上へ流れて、そこから、凝縮器底の一番下の箇所から離れるように案内されている、しかるべき複数の凝縮物出口８２を介して運び出される。具体的に、図示される実施形態において、ハウジングから径方向に離れるように案内されるこれらの凝縮物出口は、たとえば図７に示すように、１８０°離隔している。

処理後に存在する揮発成分除去された粘性の材料をハウジングから運び出すために、材料出口２２は、処理チャンバに連続し、かつ、それにフランジ止めされた搬出装置２２１の形式で形成されている。

図８及び図９から明らかなように、本装置はさらに、凝縮器３４を同心に包囲する固定のカバープレート９１を有しており、そのカバープレートは、図示される実施形態においては円筒状である。すなわち、材料搬出が充分でない場合に上へ向かって押圧される材料は、カバープレート９１によって凝縮器３４から離れるように保持され、それによって、最終的に、凝縮物出口８２が詰まることも防止することができる。

図１０に示すように、ロータ２６はその内側に、下方へ向かう移送方向を有する移送螺旋９４を備えたブッシュ９２を有している。このブッシュ９２は、ロータ２６の、図８及び図９に示すカバープレート９１の高さに相当する高さに配置されており、かつ、カバープレートに対する相手片として形成されている。ブッシュ９２とカバープレート９１との間の間隙は、ずっと上に形成されている、ロータ２６と凝縮器３４との間の間隙よりも小さい。したがって、装置の駆動の間、ロータとともに回転するブッシュ９２又は移送螺旋９４によって、下方へ向かうきわめて効率的な材料移送とそれに伴って凝縮物出口８２の良好な密閉が保証される。

１０ 装置
１２ ハウジング
１４ ハウジングケース
１６ 処理チャンバ
１８ 処理面
２０ 材料入口
２１ 入口領域
２２ 材料出口
２２１ 搬出漏斗部
２３ 出口領域
２４ 駆動ユニット
２６ ロータ
２８ 中空軸
３０ なでつけ部材
３０１ 移送部材
３０２ 分配部材
３２ 凝縮室
３４ 凝縮器
３６ 通過開口部
３８ 角のある形状のウェブプレート
３８ａ、ｂ ウェブプレートの先端表面の面
４０ 移送リブ
４２ ウェブプレートのシアエッジ
４４ 移送リブの径方向の外側エッジ
４６ 中央領域
４８ 分配部材の歯
５０ 歯のシアエッジ
５２ 上側部分
５４ ラビリンスシール
５６ 真空接続端
５８ （接続）プレート
６０ スプラッシュガード
６２ 軸受ブロック
６４ プレート（中空軸の上方の終端部）
６６ ピン
６８ インナーパイプ
６８１ インナーパイプの外壁
６８２ インナーパイプの内壁
６８３ インナーパイプ冷却媒体循環通路
６９ 窓
７０ アウターパイプ
７０１ アウターパイプの外壁
７０２ アウターパイプの内壁
７０３ アウターパイプ冷却媒体循環通路
７２ 冷却媒体供給導管
７４ 冷却媒体供給部
７６ 冷却媒体リザーバ
７８ 冷却媒体出口
８０ 凝縮器底
８２ 凝縮物出口
９１ カバープレート
９２ ブッシュ
９４ 移送螺旋
Ａ 軸方向

Claims (16)

1. 粘性の材料を熱処理するため、特に粘性の材料に含まれる材料成分を熱的に分離するための装置において、
   加熱可能なハウジングケース（１４）を有するハウジング（１２）であって、前記ハウジングケースが、処理チャンバ（１６）を包囲し、かつ、軸方向（Ａ）に延びる回転対称の処理面（１８）を形成する、ハウジング（１２）と、
   処理すべき材料を前記処理チャンバ内へ導入するために、前記ハウジングの入口領域（２１）内に配置された材料入口（２０）と、
   材料を前記処理チャンバから運び出すために、前記ハウジングの出口領域（２３）内に配置された材料出口（２２）と、
   前記処理面上に材料フィルムを形成するために、前記処理チャンバ内に配置されかつ同軸に延びる、駆動可能なロータ（２６）と、
   を備え、
   前記ロータが、中空軸（２８）を有し、前記中空軸の周面にわたって分配してなでつけ部材（３０）が配置されており、前記なでつけ部材の径方向一番外側の端部が、前記処理面から離隔しており、
   前記中空軸が、凝縮室（３２）を包囲し、前記凝縮室内に凝縮器（３４）が配置されており、かつ、前記中空軸が、通過開口部（３６）を有し、熱処理の際に、前記通過開口部を通して、材料から遊離したガス状の材料成分が前記凝縮室内へ達することができ、かつ、前記なでつけ部材の少なくともいくつかが、移送部材（３０１）として形成されており、前記移送部材が、材料に、前記材料入口から前記材料出口の方向への移送分力を与え、
   前記ロータの少なくとも長手セクション内で、前記なでつけ部材のいくつかが、移送部材（３０１）として、かつ、いくつかが、前記中空軸から張り出す分配部材（３０２）として形成されており、前記分配部材が、歯（４８）を有し、前記歯のシアエッジ（５０）が、前記軸方向（Ａ）に対して４５°より小さい角度を形成する、装置。
2. 前記分配部材（３０２）の前記歯（４８）の少なくともいくつかのものの前記シアエッジ（５０）が、前記方向（Ａ）に対して、０°から４０°の、好ましくは１０°から３０°の範囲内の、特に約２０°の角度を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記移送部材（３０１）が、少なくとも１つの移送リブ（４０）を有し、前記移送リブの径方向外側エッジ（４４）が、前記軸方向（Ａ）に対して、４５°より大きい角度を形成し、前記角度が、特に６５°より小さく、さらに特に５０°から６０°の範囲内にある、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記移送部材（３０１）がそれぞれ、前記軸方向（Ａ）に対して少なくともほぼ平行に配置された、角のある形状のウェブプレート（３８）を有しており、前記ウェブプレートの外側に、少なくとも１つの螺旋形状に延びる移送リブ（４０）が配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ロータ（２６）の周方向において、前記分配部材（３０２）が、前記移送部材（３０１）と交互になっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記入口領域（２１）内及び／又は前記出口領域（２３）内において、前記なでつけ部材が、もっぱら移送部材（３０１）として形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 当該装置が、前記入口領域（２１）内に、前記中空軸（２８）を完全に包囲するスプラッシュガード（６０）を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記スプラッシュガード（６０）が、複数の移送部材（３０１）によって、かつ、複数のプレート（５８）によって、形成されており、前記複数のプレートの各々が、２つの周方向に連続する移送部材を結合する、請求項７に記載の装置。
9. 周方向に分配されたなでつけ部材（３０）の数が、４と８０の間、特に６と４８の間、最も好ましくは８と３２の間にある、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記凝縮器（３４）が、インナーパイプ（６８）と、前記インナーパイプを同心に包囲するアウターパイプ（７０）と、を含み、前記インナーパイプ及び前記アウターパイプがそれぞれ、外壁（それぞれ、６８１及び７０１）と、内壁（それぞれ、６８２及び７０２）と、を有し、前記インナーパイプ及び前記アウターパイプが、少なくともある１つの領域又は複数の領域において互いに離隔しており、かつ、そのようにして、前記インナーパイプ内にインナーパイプ冷却媒体循環通路（６８３）を、前記アウターパイプ内にアウターパイプ冷却媒体循環通路（７０３）を、形成し、かつ、前記インナーパイプ冷却媒体循環通路と前記アウターパイプ冷却媒体循環通路とが、互いに流体的に接続されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. ２つの冷却媒体循環通路（６８３又は７０３）の一方の中へ、冷却媒体供給導管（７２）が連通しており、かつ、各場合において、他方の冷却媒体循環通路（７０３又は６８３）から冷却媒体出口（７８）が離れるように案内されている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記ハウジングが、真空接続端（５６）を有しており、前記真空接続端が、真空を直接的に前記凝縮室（３２）に供給するように、形成されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記真空接続端（５６）が、前記ハウジング（１２）の上側部分（５２）内へ連通し、前記上側部分が、前記凝縮室（３２）と流体的に接続されており、かつ、前記処理チャンバ（１６）に対して密閉されている、請求項１２に記載の装置。
14. 前記ロータ（２６）が、前記出口領域（２３）内に前記軸に対して対称に配置された少なくとも２つの軸受ブロック（６２）を有し、かつ、前記ハウジングの軸受リングによって径方向に案内されており、前記軸受リングが、前記軸受ブロック（６２）と共に材料潤滑される軸受を形成している、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記凝縮器（３４）が、前記出口領域（２３）内で固定のカバープレート（９１）によって同心に包囲されている、請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記材料出口（２２）が、軸方向において前記処理チャンバ（１６）に連続する搬出装置（２２１）の形式で形成されている、請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。

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