KR20140120897A - 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치 - Google Patents

기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치

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KR20140120897A
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피에르-알랭 플뢰리
롤랜드 쿵켈
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리스트 홀딩 아게
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Abstract

하우징(3) 내에서 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치가 개시되었고, 적어도 두 개의 샤프트(1, 2) 상에 있는 혼합 및 세척부(5)를 포함하며, 샤프트(1, 2) 상에 상기 혼합 및 세척부(5)는 서로 맞물리고 교반하는 바를 포함하는 디스크부가 구비된다. 본 발명에 따르면, 교반하는 바를 포함하는 디스크부의 수는 샤프트 간의 속도 비율에 의해 조절된다.

Description

기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치{Device for carrying out mechanical, chemical and/or thermal processes}
본 발명은 적어도 두 개의 샤프트에 있는 혼합 및 세척부를 포함하는 하우징 내에서 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치이고, 상기 샤프트의 혼합 및 세척부는 또 다른 하나와 관련되고, 교반하는 바가 있는 디스크부를 갖는다.
상기 장치는 또한 혼합 교반기로써 언급된다. 그것은 다른 목적의 넓은 범위를 위해 제공된다. 처음에 언급된 것은 용매 회수를 위한 증발이고, 그것은 배치식이거나 연속적이고, 또한 종종 진공 하에서 수행된다. 한 예로써, 이는 잔유, 특히, 톨루엔 디이소시아네이트를 처리하기 위해 사용되나, 또한 화학 산업 및 약품 제조로부터 나온 독성이 있거나 비휘발성 용매가 있는 잔류물, 세척용액 및 페인트 슬러지, 폴리머 용액, 용매 중합에 의한 탄성중합체 용액, 접착 및 실링 화합물을 처리하기 위해 사용된다.
상기 장치는 또는 연속적이거나 배치식의 물이 있는/또는 용매가 있는 제품의 접촉 건조를 수행하기 위해 사용되고, 유사하게도 종종 진공 하에서 수행된다. 의도된 적용은 특히, 안료, 염료, 정제 화학제품, 첨가제, 예를 들어, 산화물, 수산화물, 산화방지제, 온도 민감성 약품 및 비타민 제품, 활성 물질, 폴리머, 합성 고무, 폴리머 현탁액, 라텍스, 하이드로겔, 왁스, 화학 및 약학 제조로부터의 농약 및 잔류물, 예를 들어, 염, 촉매, 슬래그, 폐액이 있다. 상기 공정은 또한 식품 생산에도 적용을 할 수 있고, 예를 들어 덩어리 우유(block milk), 대용 설탕, 녹말 유도체, 알긴산염의 생산 및/또는 처리, 산업 슬러지, 오일 슬러지, 바이오 슬러지, 종이 슬러지, 페인트 슬러지의 처리 및 점착성이 있고, 단단하게 형성된 비스코스-페이스티(tacky, crust-forming viscous-pasty) 제품, 폐기물 제품 및 셀룰로오스 유도체의 처리를 위한 것이다.
혼합 교반기 내에서는, 중축합 반응이 일어날 수 있고, 대게 연속적이고 대게 융해된 상태이며, 특히 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아세테이트, 폴리이미드, 열가소성 수지, 탄성중합체, 실리콘, 우레아 수지, 페놀 수지, 세제 및 비료가 사용된다. 예를 들어, 메타크릴산 유도체의 질량 중합 후, 폴리머 용융체에 적용될 수 있다.
중합 반응은 또한, 마찬가지로 대게 연속적으로 일어날 수 있다. 이는 폴리아크릴레이트, 하이드로겔, 폴리올, 열가소성 중합체, 탄성중합체, 신디오택틱 폴리스티렌 및 폴리아크릴아미드에 적용된다.
혼합 교반기에서, 탈가스 및/또는 액화가 일어날 수 있다. 이는 폴리머 용융체, 모노머(들)의 (공)중합 후, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 용융체의 응축 후, 합성 섬유를 위한 용액을 회전시키기 위해, 고체 상태에서 폴리머 또는 탄성중합체 과립 또는 분말에 적용된다.
꽤 일반적으로, 고체, 액체 또는 다상 반응은 혼합 교반기 내에서 일어날 수 있다. 이는 특히 반작용, 플루오르화 수소산, 스테아르산염, 시안화물, 폴리포스페이트, 시아누르산, 셀룰로오스 유도체, 셀룰로오스 에스테르, 셀룰로오스 에테르, 폴리아세탈 수지, 술파 산, 구리-프탈로시아닌, 전분 유도체, 암모늄 폴리 포스페이트, 술폰산염, 농약 및 비료에 적용한다.
또한, 고체/기체 반응(예를 들어 카르복실화)이 일어날 수 있거나, 기체/액체 반응이 일어날 수 있다. 이는 아세테이트, 산, 콜베-슈미트 반응, 예를 들어 본(BON), 나트륨 살리실레이트, 파라하이드록시벤조네이트 및 약품에 적용된다.
액체/액체 반응은 중화 반응 및 에스테르 교환 반응시에 일어난다.
용해 및/또는 탈가스는 합성 섬유, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 셀룰로오스를 위한 용액을 회전시키는 경우 상기 혼합 교반기 내에서 일어난다.
알려진 바로 플러싱(flushing)은 염료의 생산 또는 처리에서 일어난다.
고체 상태 후-응축은 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리아미드의 생산 또는 처리, 지속적인 슬러링, 예를 들어 셀룰로오스 섬유와 같은 용매가 있는 섬유의 처리, 용융체 또는 용액으로부터의 결정화, 염, 정밀 화학, 폴리올, 알콕시드, 조제, 혼합(연속식 및/또는 배치식), 폴리머 혼합, 실리콘 화합물, 실링 화합물, 플라이 애시, 응고물(특히 연속적으로), 폴리머 현탁액의 처리 중에 일어난다.
혼합 교반기에서, 다기능 공정은 예를 들어 가열, 건조, 용융, 결정화, 혼합, 탈가스 반응으로 조합될 수 있고- 이 모두는 연속적이거나 배치식이다. 상기 방법에 의해 생산되거나 처리된 물질은 폴리머, 탄성중합제, 무기 제품, 잔류물, 의약품, 식품, 인쇄 잉크이다.
혼합 교반기 내에서, 진공 승화/탈승화가 발생할 수 있고, 그럼으로써 예를 들어 안트라퀴논, 금속염화물, 페로센, 요오드, 유기 금속 화합물 등과 같은 화학적 전구체가 정제된다. 게다가, 의약 중간체가 제조될 수 있다.
연속적인 캐리어 가스의 탈승화가 일어날 수 있고, 예를 들어 유기 중간체, 예를 들어 안트라퀴논 및 정밀 화학물질과 같은 유기 중간체의 경우에 가능하다.
단일 축 및 이중 축 혼합 교반기 사이에 대체로 차이가 있다. 다중-샤프트 혼합 및 교반 장치는 CH-A 506 322에 설명되어 있다. 상기 장치에서, 방사상(radial) 디스크부 및 디스크들 사이에 배치된 축 방향으로 정렬된 교반하는 바는 샤프트 상에 위치한다. 프레임형태와 같은 방식으로 성형된 혼합 및 교반부는 다른 샤프트로부터 상기 디스크 사이에 연결된다. 상기 혼합 및 교반부는 제1 샤프트의 디스크 및 교반하는 바를 세척한다. 양쪽 샤프트 상의 교반하는 바는 차례로 하우징 내의 내부 벽을 세척한다.
상기 공지된 이중-샤프트 혼합 교반기는 하기와 같은 단점을 가지는 데, 8-형태(eight-shaped)의 하우징 단면 때문에, 두 개의 샤프트 하우징이 연결되는 부분에 약점을 가진다. 상기 부분에서 거친 제품의 공정 동안/또는 압력 하에 진행되는 공정 동안 높은 응력이 만들어지고, 상기 응력은 오직 복잡한 설계 측정에 의해 조절될 수 있다.
상기 언급된 형태의 혼합 교반기는 예를 들어 EP 0 517 068 B1에서 개시된다. 상기에서, 축 방향으로 평행하게 연장된 두 개의 샤프트는 역방향 또는 동방향 방식으로 혼합기 하우징 내부에서 회전한다. 상기 경우에, 디스크부 상에 있는 혼합하는 바는 또 다른 하나와 같이 동작한다. 혼합의 기능 외에도, 혼합하는 바는 제품과 접촉되어 있고 그럼으로써 혼합되지 않은 부분을 피하게 되는 혼합기의 하우징, 샤프트 및 디스크부의 가능한 많은 표면을 세척하는 역할도 가지고 있다. 특히, 높은 정도로 압축, 경화 및 단단하게 형성된 제품의 경우에는, 에지에 도달하기 위한 혼합하는 바의 능력은 혼합하는 바 및 샤프트의 높은 국부적인 기계적 하중을 나타나게 한다. 상기 힘의 최대치는 특히 혼합하는 바가 제품이 벗어나기 어려운 곳에서 맞물릴 때 발생한다. 상기 구역은 예를 들어 디스크부가 샤프트 위에 올라간 곳에서 나타난다.
게다가, DE 199 40 521 A1에서는 위에서 언급한 형식의 혼합 교반기를 개시하고, 운송부는 교반하는 바가 최대한 연장된 축을 가지기 위해 교반하는 바의 구역에 리세스(recess)를 형성한다. 상기 혼합 교반기는 제품과 접촉하는 하우징 및 샤프트의 모든 표면에 대해 뛰어난 자가-세척을 하지만, 교반하는 바의 경로 때문에 교반하는 바의 운송부가 리세스를 요구하는 특징을 가지며, 운송부의 복잡한 형성을 나타나게 한다. 이로 인한 하나의 결과는 복잡한 생산 공정이고, 다른 하나는 기계적 하중 하의 샤프트 및 운송부의 국부적 응력 최대치이다. 상기 주로 날카로운-에지 리세스에서 발생하는 응력 최대치는 두께에 따라 변하지만, 특히 운송부가 샤프트의 코어 상에 용접된 곳에서, 재료의 피로로 인해 샤프트 및 운송부에 균열이 형성된다.
최근의 장치는 고-흡액성 폴리머(SAP)를 생산하기 위한 혼합 교반기와 특히 관련이 있게 고안되었다. 지금까지는, 회전 비율 4:1의 반대 방식으로 회전하는 트윈-샤프트 혼합 교반기가 오직 상기 목적을 위해 만들어졌다. 이는, 운동학상으로 이른바 부적절한 자가-세척 특성, 제품의 건너뜀(bypassing) 및 토크 최대치라는 바람직하지 못한 결과를 가져왔고, 특히, 예를 들어 만약 SAP 분말을 재활용할 의도인 경우 그러하다.
비록, 상기 타입의 혼합 교반기의 경우, 하우징의 자가-세척은 거의 100 %에 달하지만, 샤프트의 세척은 폴리머 적층을 피하기에는 불충분하다. 더 높은 온도에 폴리머를 노출시킬 수 있는 데드 존(Dead zone)은 형성될 수 있고, 이에 따라 발열 반응에 기초하여 상기 구역에 핫 스팟(Hot Spot)이 형성된다. 이는 특히 핫 폴리머가 노르스름한 색에서 갈색으로 변색되며, 며칠 후에는 감소하고, 우수한 제품을 오염시킨다. 상기 변색된 폴리머는 또한 아래로 떨어지며 커다란 조각으로 깨진다. 상기 조각은 너무 고무 같아서 그대로의 크기로 남아있고, 심지어 교반하는 부 사이를 통해서 짜내어질 때도 그러하다. 상기 조각이 작은 조각으로 깨지는 하나의 가능성은 가장 좁은 공간을 통해서 상기 조각을 누르기 위해 높은 필링(filling) 수준으로 혼합 교반기를 작동시키는 것이다. 비록 이것이 도울 수 있지만, 문제를 해결되지는 않는다. 두 개의 결과가 나타난다:
- 상기 커다란 조각을 완벽히 건조하기 위한 하류 건조 단계는 무리하고, 그렇지 않으면, 하나의 장치를 조각을 작은 조각으로 자르기 위한 혼합 교반기 및 건조기 사이에 설치하고, 이러한 형태의 장치는 집중적 보수가 요구된다.
- 혼합 교반기는 지나치게 높은 필링 수준 및 제품에 발생하는 마찰의 결과로써 과하중(overloaded)된다.
반대로 회전하는 샤프트는 고체 분말이 폴리머 화합물 내로 공급될 때, 예를 들어 트윈 피드 스크류(twin feed screw)가 사용될 때 국부적 힘을 생산한다. 고체 분말은, 예를 들어, SAP 및 선택적으로 필러(filler)가 재활용된 것이다. 만약, 두 개의 샤프트가 고체 분말의 형성에서 폴리머와 함께 상호작용할 때, 작동의 단지 수개월 후에 국부적 압력이 너무 높아져, 파열이 교반부에 발생할 수 있다. 상기 샤프트는 그들 스스로 과하중될 수 있다. 고체 분말은 또한 클럼프(clump)의 문제점을 해결하기 위해 많은 양으로 사용된다. 고체 분말의 마찰계수는 커다란 폴리머 조각 내로 교반하는 에너지를 공급하는 것을 보조한다. 그러나, 심지어 이는 클럼프를 제거하지못하고, 오히려 토크를 증가시킨다.
4:1의 혼합 교반기는 폴리머 조각이 건너뛰는 것을 피하기 위해 또한 높은 필링 수준으로 작동된다. 더 빠른 샤프트는 방출을 위해 급속하게 최상부에서 부유하는 조각을 운반하는 경향을 갖는다. 1을 향한 높은 필링 레벨은 분쇄되기 위해 교반기 내에서 장시간 동안 남아있는 것과 같이 상기 폴리머 조각을 감속한다.
본 발명의 목적은 상기 언급한 형태의 장치를 현저히 향상시키기 위한 것이며, 혼합 교반기로써, 특히 제조물의 처리, 제조물과 접촉하게 되는 표면의 세척, 분말의 미터링(metering) 동안의 토크의 최대치 및 또한 제조물의 방출과 관련하여 하기에 언급될 것이다. 여기에 상기 장치는 특히 SAP의 제조와 관련하여 고안되었다. 본 발명은 장치를 비우기 위해, 보통의 필링 수준을 허용한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
적어도 두 개의 샤프트(1, 2)에 있는 혼합 및 세척부(5)를 포함하는 하우징(3) 내에서 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치이되,
상기 샤프트(1, 2)의 혼합 및 세척부(5)는 또 다른 하나와 관련되고, 교반하는 바(bar)가 있는 디스크부를 가지며, 교반하는 바가 있는 디스크부의 수는 또 다른 하나에 대한 샤프트의 회전 속도의 비율에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
자가-세척은 본 발명에 따른 혼합 교반기에 의해 상당히 향상되었다. 반면에, 지금까지 사용되던 반대의 반응기의 경우에는, 하우징의 내부 벽의 방향으로 자유 공간의 60 % 이상 증가시킨 데드 존은 디스크부 사이에 발생했고, 본 발명에 따른 반응기에서는 공간 깊이의 18-20 %이상은 발생하지 않는다. 데드 존의 부피는 적어도 기준 반응기보다 적어도 두 배 이상 적다. 그러나, 남아있는 데드 존의 주요 이점은 후자가 공간 내에서 충분히 넓지 못하거나, 하나의 포인트에 충분히 집중되어 있다는 것이다. 이는 데드 존에서의 핫스팟을 막는다. 우수한 제품은 또한 상기 방법에 의해 오염되지 않고, 그러므로 요구된 기준을 달성한다.
도 1은 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정(혼합 교반기)를 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치의 엔드 디스크(end disk)가 제거된 정면도를 나타낸 것이고;
도 2는 도 1과 유사한 혼합 교반기를 부분적으로 도시한 종단면을 나타낸 것이고;
도 3은 도 1 및 2에 따른 혼합 교반기의 전개도의 일부의 개략도를 나타낸 것이고;
도 4는 도 1에 따른 본 발명에 따른 장치를 부분적으로 도시한 종단면을 나타낸 것이고;
도 5는 회전 속도 비율 2:3인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이고;
도 6은 회전 속도 비율 3:3인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이고;
도 7은 회전 속도 비율 3:4인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이다.
상기 목적은 교반하는 바를 갖는 디스크의 수가, 또 다른 샤프트에 대해 샤프트의 회전 속도의 비율과 매치됨(matched)으로써 성취된다.
자가-세척은 본 발명에 따른 혼합 교반기에 의해 상당히 향상되었다. 반면에, 지금까지 사용되던 반대의 반응기의 경우에는, 하우징의 내부 벽의 방향으로 자유 공간의 60 % 이상 증가시킨 데드 존은 디스크부 사이에 발생했고, 본 발명에 따른 반응기에서는 공간 깊이의 18-20 %이상은 발생하지 않는다. 데드 존의 부피는 적어도 기준 반응기보다 적어도 두 배 이상 적다. 그러나, 남아있는 데드 존의 주요 이점은 후자가 공간 내에서 충분히 넓지 못하거나, 하나의 포인트에 충분히 집중되어 있다는 것이다. 이는 데드 존에서의 핫스팟을 막는다. 우수한 제품은 또한 상기 방법에 의해 오염되지 않고, 그러므로 요구된 기준을 달성한다.
SAP 잔류물의 재활용은 또한 새로운 반응기 내에서 더욱 쉽게 발생할 수 있다. 실례로, 교반부 상의 국부적 압력이 반대로 회전하는 샤프트의 경우보다 두 배 더 낮은 것이 증명될 수 있다. 상기 장점은 반응기의 같은 포인트에 고체 SAP 분말과 결합한 필러의 첨가를 허용한다. 혼합 교반기에 추가의 재료를 첨가하기 위해 질소로 씻어낸 트윈 스크류를 여기에 관례적으로 사용한다. 모노머 전환이 이미 상대적으로 높을 때, 첨가는 주로 반응기의 후반기(second half)에 일어난다.
각각에 대한 두 개의 샤프트의 회전 속도 비율에 있어서, 1:1 또는 4:5 또는 2:3의 비율이 가장 적합한 것이 알려져 있다. 예를 들어, 2:3의 비율인 경우에는 혼합부가 다시 만나기 전에 식스 레볼루션(six revolution)이 필수적이다. 첨가된 물질은 그럼으로써 폴리머 내에서 더 혼합된다. 게다가, 더 빠른 샤프트의 회전 속도는 다른 샤프트의 속도보다 최대 1.5 배 더 빠르게 고안되고, 이는 제조물의 건너뜀을 나타내게 할 수 있는 어떠한 빠른 움직임(가속)도 피하기 위해서이다.
본 발명에 따르면, 디스크부는 포인트의 다수가 있게 설정된다. 본 발명에 따르면, 각각의 디스크부는 여기에 또 다른 하나의 샤프트와 관련된 회전 속도의 비율만큼 많은 포인트를 가진다. 만약, 회전 속도가 2:3이면, 하나의 디스크부는 두 개의 포인트를 가지고, 제2 디스크부는 세 개의 포인트를 가진다. 디스크부는 또한 그들 스스로 대응하는 방식으로 설계되고, 이는 포인트가 각각의 경우에 다른 하나에 대해 대응하는 방식으로 연결되었기 때문이다. 두 개의 포인트를 가진 디스크부는 타원(ellipse)과 관련이 있고, 세 개의 포인트를 가진 디스크부는 3-포인트 스타와 관련이 있다. 네 개의 포인트를 가진 디스크부는 대략 사각형 등에 대응한다.
각각의 디스크부는 바람직하게는 또한 트윈 형식으로 샤프트 상에 제공되며, 그들은 직접적으로 연속적이거나, 오직 샤프트 상에서 다른 하나로부터 약간의 거리를 유지한다. 본 발명에 따르면, 그들은 또한 다른 하나에 대해서 회전되어 배열되었고, 상기 회전은 각각의 경우에서, 포인트의 각각의 숫자에 의해 분할된 360 °에 대응한다.
샤프트들 중 적어도 하나는 하중이 있는 샤프트를 제거하기 위해 적어도 하나의 측면에 더블 마운팅을 갖도록 고안된다. 무엇보다도, 샤프트의 자연적 진동은 샤프트의 더블 마운팅에 의해 댐프된다(damped). 이는 샤프트 및 두 개의 대응하는 베어링 사이에 슬리브를 제공하기 위해 바람직하게 여기에 증명할 수 있다. 베어링 영역에서 샤프트를 수용함으로써, 단순화된다. 샤프트가 복구되어야 하는 경우, 더욱 용이하게 교환가능하다.
게다가, 샤프트들 중 적어도 하나는 샤프트 코어로부터의 용접선을 제거하기 위해 단조 및 돌려지거나/갈려진(forged and turned/milled) 튜브 세그먼트로부터 생산되는 것으로 고안되었다.
하우징은 바람직하게는 샤프트의 하중을 제거하기 위해 최대 5.3의 L/D 비율을 가지도록 고안되었다.
게다가, 반응기의 새로운 설정은 반응기의 추가 영역상에 마이크로 혼합을 향상시켰다. 예를 들어, 이는 모노머와 함께 잘 혼합되어야하는 아스코르브산의 경우에 첨가되면서 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 혼합 및 세척부는 디스크부로 각각 구성되는 것으로 고안되었고, 디스크부는 외부 가장자리 에지를 가지고, 이는 대략 90°의 아크 세그먼트 또는 이보다 약간 크게 샤프트의 축에 대해 반지름에 의해 연장되고, 샤프트를 향해 연장된 측면 에지에 의한 양쪽 단부에서 인접하고, 하나 또는 그 이상의 바는 각각의 가장자리 에지 상에 놓여있다.
상기 설정에서, 세척과 섞는 샤프트 사이를 구분할 수 있는 가능성은 더 이상 없고, 이는 선행 문헌에서는 여전히 관습적이다. 양쪽의 샤프트 상의 혼합 및 세척부는 모두 혼합 및 세척의 임무를 가진다. 그들은 강력하고 매우 대규모의 세척을 제조물과 접촉하게 되는 모든 표면 및 부위에 수행한다. 이는 하우징의 내부 벽, 혼합 및 세척부 그것들 자체 및 또한 샤프트의 쉘(shell)에 적용된다.
혼합 및 세척부는 바람직하게는 양쪽 샤프트 상에 이상적으로 형성될 수 있다. 이는 제조 및 유지를 단순화할 뿐만 아니라, 예를 들어 혼합 및 세척부의 바와 같이 개개의 작동부에 일정한 하중을 걸리게 한다.
본 발명의 필수적인 장점은 또한 혼합 및 세척부의 설정과 관련이 있다. 이는 디스크부, 상기 디스크부에 부착된 적어도 하나의 바로 각각 구성되며, 축 방향으로 확장된다. 그러나, 상기의 경우에 디스크부는 교반 챔버의 한 부분으로 범위를 정하는 것이 바람직하게 설정되고, 이는 디스크부가 축 상에서 또 다른 하나와 관련해 180 °로 회전적으로 대칭적인 오프셋으로 배열되기 때문이고, 또한 다른 측면 상의 교반 챔버로 오직 범위가 정해지는 것이 바람직하다. 이는, 제조 스트림이 방사상으로 앞뒤로 이끌어지는 효과를 가지며, 이로써 입구에서 출구까지 이송되고, 라비린스(labyrinth)와 같다. 이는 최적의 방사상의 혼합을 제공하며, 상기 형식으로 현재까지 알려진 것이다. 이는 제조물이 건너뛰는 것을 막는다.
게다가, 혼합 및 세척부의 디스크부의 배열은 또한 연속적인 가스 챔버를 제공하며, 이는 증발된 용매/물 또는 그와 같은 것의 현저히 향상된 방출을 나타나게 한다.
특히, 바람직한 실시예에서, 디스크부는 샤프트의 축에 대하여 반지름에 의해 확장된 외부 가장자리 에지를 가진다. 이와 관련하여 디스크부는 약 90° 또는 약간 큰 아크 세크먼트를 덮는다.
게다가, 바는 바람직하게는 디스크부의 가장자리 에지의 양쪽 끝에 부착된다. 세척은 두 개의 바 사이에 중간 바가 제공되는 것만으로도 향상될 수 있다.
게다가, 양쪽 샤프트 및 샤프트 상의 혼합 및 세척부의 같은 기하학적 구조는 제조 스트림의 상당히 더욱 균일한 흐름을 나타내게 한다. 게다가, 선택된 배열은 높은 자가-세척 효과를 제공하고, 또한 차례로 더 나은(가까운) 잔류 시간 분포를 나타내게 하고, 동시에, 강력한 혼합 및 교반 작동을 나타내게 한다.
이에 더하여, 선택된 혼합 및 교반부는 또는 매우 우수한 역혼합(back mixing) 가능성을 제공하고, 운송부가, 특히 바가, 적절히 작동되는 경우에 그러하다. 이에 따라, 선택된 배열은 또한 배치식 장치에 이상적이다.
적어도 하나의 샤프트는 능동적으로 가열가능하거나 냉각가능하게 고안되었다. 제조물 내로 열의 전달은 그러므로 향상된다. 적어도 하나의 샤프트는 두 개의 다른 열 전달 구역으로 나뉘는 것이 가능하고, 첨가된 화합물을 가열하는 것이 가능하며, 만약, 가열이 발열적으로 발생한다면, 증발냉각에 더하여, 제품을 냉각하는 것을 허용한다.
반응기는 진공, 정상 압력 또는 정압 하에서 특정한 온도에서 물을 증발시킴으로써 반응기 열을 냉각하기 위해 작동된다.
게다가, 단일 샤프트 또는 다수의 샤프트 디스차지 스크류가 출구에 배치되는 것이 가능하다. 상기 디스차지 스크류는 선택적으로 반응기의 필링 수준을 통제하기 위해 칭량 셀에 의해 조절될 수 있다. 그것들은 수평적이거나 수직적으로, 끝 벽(end wall) 또는 하우징 상에 배열될 수 있다.
스팀 벤트는 바람직하게는 디스차지 스크류에 배치되도록 고안되었고, 특히 그것의 상부 영역 또는 구동 측면(drive side)에 배치되며, 증발 냉각으로부터 나오는 스팀을 제거하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 개념은 장치 또는 하우징의 칭량 셀의 배치에 관련된 것이고, 하우징의 내용물/홀드 업(hold-up)에 대한 칭량 셀이 결정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 내용물/홀드 업은 디스차지 스크류의 회전 속도를 통해 조절될 수 있고, 즉, 만약 하우징의 내용물이 증가한다면, 디스차지 스크류의 회전 속도는 감소한다(반대의 경우 가속되거나).
반면에, 물론 칭량 셀의 신호를 통해 디스차지 스크류의 회전 속도를 지속적으로 조절함으로써 장치의 필링 수준을 유지하는 것이 가능하다. 만약, 필링 수준이 떨어질 위험이 있다면, 회전 속도는 감속된다. 만약, 필링 수준이 올라갈 위험이 있다면, 회전 속도는 증가하고, 방출은 그로 인해 가속된다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 샤프트의 토크를 관찰하는 모니터가 포함된다. 샤프트 토크의 편차는 수행되는 방법상에 가능한 에러를 나타낸다. 첨가된 성분(중화 부분, 산화환원 가교 및 열 개시제, 불활성화, 오염, 재활용된 SAP 분말의 부분, 필러의 부분)의 조성은 그리하여 작동중에 관찰될 수 있다. 특정한 필링 레벨에서 측정된 토크는 작동 중에 측정 가능한 품질 변수이다.
본 발명의 또 다른 장점, 특징 및 상세한 설명은 하기 바람직한 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이고, 또한 도면을 참조로 한다.
도 1은 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정(혼합 교반기)를 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치의 엔드 디스크(end disk)가 제거된 정면도를 나타낸 것이고;
도 2는 도 1과 유사한 혼합 교반기를 부분적으로 도시한 종단면을 나타낸 것이고;
도 3은 도 1 및 2에 따른 혼합 교반기의 전개도의 일부의 개략도를 나타낸 것이고;
도 4는 도 1에 따른 본 발명에 따른 장치를 부분적으로 도시한 종단면을 나타낸 것이고;
도 5는 회전 속도 비율 2:3인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이고;
도 6은 회전 속도 비율 3:3인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이고;
도 7은 회전 속도 비율 3:4인 본 발명에 따른 혼합 교반기의 두 개의 상호 맞물린 샤프트의 개략도를 나타낸 것이다.
도 1 및 2에 따르면, 두 개의 샤프트(1 및 2)가 혼합 교반기(P1)의 하우징(3) 내에 있고, 양쪽 샤프트(1, 2) 및 하우징(3)은 온도-조절된 수단(medium)으로 채워질 수 있다. 상기 목적을 위해, 하우징(3)은 트윈-쉘 하우징으로써 형성된다. 전면에서는, 하우징(3)은 엔드 플레이트(4)에 근접하다.
상당히 이상적인 혼합 및 세척부(5)는 샤프트(1 및 2) 상에 형성된다. 그들은 디스크부(6)로 구성되며, 디스크부는 가장자리 에지(7)을 가지며, 가장자리 에지는 샤프트(1 또는 2)의 축 A에 대하여 반지름 R 및 약 90°의 아크 세그먼트로 확장한다. 측면 에지(8.1 및 8.2)는 샤프트(1 또는 2)를 향해 아치형의 방식으로 가장자리 에지(7)로부터 확장한다. 상기 디스크부는 샤프트(1 또는 2)상에 연속적으로 배치되고, 그들은 회전방향으로 180 °로 대칭적이다.
게다가, 가장자리 에지(7)는 두 개의 바(9.1 및 9.2)에 의해 차지되고, 이는 축 A에 대략 평행하게 확장되나, 도 3에 나타낸 전개도에서는, 비스듬히 형성되었다. 그럼으로써 제조되는 제조물의 운송 활동에 영향을 줄 가능성이 있다.
본 발명의 작동 모드는 하기와 같다:
처리될 제조물은 하우징(3)의 내부에 있는 입구(10)를 통하여 지나가고, 샤프트(1 및 2) 상의 회전하는 혼합 및 세척부에 의해 감지된다. 상기 공정에서, 제조물은 혼합 및 세척부(5)에 의해 강력하게 교반되고 전단되며, 이는 다른 제조물, 첨가물, 용매, 촉매, 개시제 등과 함께 강력하게 혼합될 수 있다. 알려진 혼합 교반기와는 대조적으로, 본 발명에서는 섞는 부의 섞는 샤프트 및 세척부의 세척 샤프트 사이를 구별하는 것이 가능하지 않다. 본 발명에 따르면, 혼합 및 교반부가 있는 샤프트(1 및 2)는 동등한 규모의 제조물의 혼합 및 다른 샤프트 또는 하우징의 내부 벽 또는 다른 샤프트 상의 혼합 및 세척부의 세척을 하고 있다.
디스크부의 설명된 배열 및 디스크부의 설정은 최대의 방사상의 혼합을 시행하고, 특히 "라비린스 효과(labyrinth effect)"를 가능하게 만들며, 제조물을 위한 화살표(11.1 및 11.2)에 의해 도시되었다. 여기에, 양쪽의 샤프트는 1:1의 비율에서 동방향으로 회전한다고 가정하고, 본 발명의 경우는 시계방향이다.
제조물이 엔드 플레이트(4), 즉, 출구(12)(파선에 의해 표시된)의 방향으로 지나가자마자, 본 발명에 따르면 상기 출구(12)를 향해 방향이 돌려져야 한다. 이는 디스차지 스타(14)와 협력하여 디플렉터(13)를 사용하여 행해진다. 반면에, 디플렉터(13)는 하우징 내에서 정적으로 고정되고, 디스차지 스타(14)는 샤프트(1)와 함께 회전하며, 다수의 커팅 티스(cutting teeth)가 함께 제공되는 디스차지 스타는 출구(12)로 제조물이 방출되도록 누른다. 커팅 티스는 회전 방향으로 커팅 에지(17)를 가진다. 결과적으로, 제조물 부분(portion)은 제조물 스트림으로부터 항상 절단되고, 출구(12)를 통해 눌러진다.
도 4에 본 발명에 따른 장치의 부분이 도시되고, 특히 베어링 랜턴(20)의 영역이 도시된다. 이격되어 제공되는 두 개의 베어링(22 및 23)을 통해 베어링 하우징(26)의 파트(24 및 25)에 대해 지지되는 슬리브(21)는 상기 베어링 랜턴(20) 내에서 회전한다. 상기 베어링 하우징(26)은 하우징(3) 위로 플랜지 장착(flange-mounted)된다.
도 5 내지 7에 따라, 디스크부는 또 다른 하나의 샤프트에 대해 각각의 샤프트 회전 속도의 비율에 의존하여 각각의 경우에 다르게 설정된다. 도 5에 따르면, 샤프트(1)는 회전 속도 비율 2:3으로 샤프트(2)에 대해 회전한다. 본 발명에 따라, 샤프트(1) 상의 디스크부(6.1)는 그리하여 타원형의 방식으로 형성되며, 즉, 교반하는 바(5)에 의해 둘 다 차지된 두 개의 반대의 포인트(30.1 및 30.2)를 가진다.
바람직하게는 직접적으로 디스크부(6.1)를 따르며, 다른 동일한 디스크부(6.1.1)가 후자의 뒤에 있으나, 90 °회전되어 있다.
샤프트(2) 상에 있는 다른 디스크부(6.2 및 6.2.2)는 샤프트(1) 상의 상기 디스크부(6.1 및 6.1.1)와 상호작용한다. 상기 샤프트(2)는 2:3 비율의 회전 속도 비율 3으로 회전하고, 그리하여 디스크부(6.2 및 6.2.2)는 세 개의 포인트(30.2, 30.2.2 및 30.3.3)으로 설정된다. 상기 포인트는 각각의 경우에 샤프트 (2)에 대하여 또 다른 하나에 대하여 120 °만큼 어긋나게 배열된다. 샤프트(6.2.2)는 샤프트(6.2)에 대해 60 °만큼 회전되어 배열된다.
도 6은 회전 속도 비율 3:3이고, 또한 대응하는 디스크부(6.2 및 6.2.2)만이 제공되는 것을 도시한 것이다.
도 7은 회전 속도 비율 3:4인 것을 도시한 것이다. 이에 따라, 디스크부(6.2 및 6.2.2)는 샤프트(1) 상에 위치하고, 네 개의 포인트(30.3.1 내지 30.3.4)를 가지는 디스크부(6.3 및 6.3.3)는 샤프트(2) 상에 배열된다. 디스크부(6.3 및 6.3.3)은 샤프트(2) 상의 각각에 대하여 45 °회전되어 제공된다.
어떤 다른 하나에 대한 회전 속도 비율도 상기 패턴에 따라 가능하다.
1: 샤프트
2: 샤프트
3: 하우징
4: 엔드 플레이트
5: 혼합 및 세척부
6: 디스크부
7: 가장자리 에지
8: 측면 에지
9: 바
10: 입구
11: 화살표(제조물)
12: 출구
13: 디플렉터
14: 디스차지 스타
16: 티스
17: 커팅 에지
20: 베어링 랜턴
21: 슬리브
22: 베어링
23: 베어링
24: 파트
25: 파트
26: 베어링 하우징
A: 축
P: 혼합 교반기
r: 반지름

Claims (26)

  1. 적어도 두 개의 샤프트(1, 2)에 있는 혼합 및 세척부(5)를 포함하는 하우징(3) 내에서 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치이되,
    상기 샤프트(1, 2)의 혼합 및 세척부(5)는 또 다른 하나와 관련되고, 교반하는 바(bar)가 있는 디스크부를 가지며, 교반하는 바가 있는 디스크부의 수는 또 다른 하나에 대한 샤프트의 회전 속도의 비율에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 적어도 두 개의 샤프트(1, 2)에 있는 혼합 및 세척부(5)를 포함하는 하우징(3) 내에서 기계적, 화학적 및/또는 열적 공정을 수행하기 위한 장치이되,
    상기 샤프트(1, 2)의 혼합 및 세척부(5)는 또 다른 하나와 관련되고, 교반하는 바가 있는 디스크부를 가지며, 샤프트(1, 2)는 같은 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤프트(1, 2)의 회전 속도는 또 다른 하나에 의해 분할할 수 있는(divisible) 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두 개의 샤프트(1, 2)의 회전 속도는 또 다른 하나에 의해 분할할 수 없는(not divisible) 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    더 빠른 샤프트의 회전 속도는 다른 샤프트의 속도보다 최대 1.5배 더 빠른 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스크부는 회전 속도의 비율에 대응하는 다수의 포인트를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교반하는 바는 각각의 포인트 상에 또는 포인트에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징(3)은 최대 5.3배의 L/D 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 샤프트(1 및/또는 2)는 적어도 하나의 측면 상에 이중 마운팅(double mounting)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 샤프트(1 및/또는 2)는 이격된 두 개의 베어링(22, 23)을 통하여 베어링 하우징(26)에 대하여 적어도 하나의 측면 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    내부에 샤프트(1 및/또는 2)를 수용하고, 이격된 두 개의 베어링(22, 23)을 통하여 베어링 하우징(26)에 대하여 지지되는 슬리브(21)는 샤프트(1 및/또는 2) 및 베어링 하우징(26) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    샤프트(1 및/또는 2) 중 적어도 하나는 단조 및 돌려지거나/갈려진(forged and turned/milled) 튜브 세그먼트로부터 생산된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 및/또는 세척부는 프레스(press)를 사용하는 거친 조각으로써 미리 형성된 부품으로부터 제조된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제조물(the product)은 트윈 디스차지 스크류(twin discharge screw), 선택적으로 바람직하게는 작동중에 조절 가능한 위어(weir)가 있는 출구를 사용하여 방출되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 및 세척부의 교반하는 바(9.1, 9.2)는 날카로운 에지(sharp edge)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반하는 바(9.1, 9.2)는 혼합 및 세척부 상에 어긋남 방식(offset manner)으로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 샤프트(1, 2)는 능동적으로 가열가능하거나 냉각가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 샤프트(1, 2)는 축 방향을 따라 두 개의 다른 온도 구역으로 나뉘는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    진공, 정상 압력 또는 정압이 하우징(3) 내에 존재하는(prevail) 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일의 또는 다수의 샤프트 디스차지 스크류는 출구(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 디스차지 스크류는 스팀 벤트(steam vent)와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    칭량 셀(weighing cell)이 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    토크 모니터링이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징(3) 다음에 건조 장치가 뒤따르는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 디스크부(6)는 적어도 하나의 샤프트(1, 2) 상에 트윈 형식(twin form)으로 공간 없이 연속적으로 제공되나, 또 다른 하나에 관하여 회전되어 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    360 °(호도법) 회전은 속도 비율에 의해 분할되어(divided by) 일어나는 것을 특징으로 하는 장치.

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