TW201311344A - 將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置 - Google Patents

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Benjamin Multner
Klaus Gezork
Werner Himmelsbach
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Ekato Ruehr Mischtechnik
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Abstract

提供一種將細微分散固體分散在一容器中的高黏稠產物中的裝置，該裝置包括有一同軸攪拌系統，其具有裝設在兩個彼此獨立運轉、同軸設置的軸上的攪拌件。配置在一軸上，是一螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件，而配置在一中軸上的數個攪拌件，該等攪拌件是配置成得使在該容器的一上混合區中，可備設一能建構一個由該螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件與攪拌件以形成一個充分混合區的組合，且在該容器的該上混合區下游之混合區設有攪拌件以形成一栓流區。一螺旋輸送泵設在該栓流區下游做為出口區的區域。

Description

將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置 發明領域
本發明是有關於一種將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置。
發明背景
其中一定有細微分散固體(像是例如細微分散的矽酸)的高黏稠、黏性產物因為極度的非牛頓性流體特性而具有流變性質，意味著其為假塑性(strukturviskos)且通常具有高屈服點(Flieβgrenze)。其一般對空氣具有反應性，因此必須避免與空氣接觸。可以批次作業與連續作業的方式來製造此等產物。此等產物的實例為矽密封劑、絕緣劑與黏劑、牙膏、矽膠樹脂以及所有利用短暫混合時間來製造的產物。
一般來說，連續製造是在擠壓機中進行，該擠壓機具一個、兩個或更多個蝸桿軸(Schneckenwelle)，其中針對上述高黏稠產物來說採用雙蝸桿擠壓機較佳。使用雙蝸桿擠壓機的缺點在於能量需求高且投資成本與作業成本也高。此外，使用雙蝸桿擠壓機時有高的最小效能，因而適用於僅需要低產出量時。在低產出量以及經常停止運轉的情況下，具有雙蝸桿擠壓機的裝置與清潔支出費用偏高是相關的。產物於該裝置內部在稍微再混合的情況下被製造，因而存在過度簡化的栓流(Pfropfenströmung)或塞流(Kolbenströmung)，其中需要極高的給料精確度。就此應注 意，在一個形成理想栓流的情況下，產物以一個在斷面上流速平均的方式流過反應器。此假設在這點上簡化為，反應器壁部與構件處的實際流體比在管件中流得還慢且因此形成少許的再混合。
批次作業通常是利用共軸攪拌機具來實施。其一般是由沿其壁面的攪拌件以及中軸攪拌件所組成，它們將產物”充分地”混合。就此應注意，在理想的攪拌容器中充分攪拌產物時，好到以至於在任何時候都不會發生濃度與溫度變化。此假設在這點上簡化為，在一個理想的反應器中，同樣的固體或流體相對於產物不論在濃度以及溫度都與產物沒有差別。有鑑於此，透過藉由攪拌件所引起的短暫攪拌無法避免少許的濃度或溫度變化。”充分的”混合係在一個I區中透過確保攪拌件在I區中的混合時間明顯比產物的平均延遲時間還短而達到。
在具有高屈服點之產物的情況下，產物是利用沖頭(Stempel)從攪拌容器被輸出，因為其並非自由流動的而無法透過習知技藝的攪拌機具被輸出。為了將產物從攪拌容器擠出，攪拌機具首先必須與該容器分開來，由此會發生產物耗損。在這樣的裝置中，清潔費用還有用於攪拌機具、沖頭等的器械費用皆高。該裝置還必須設置一個密封件來阻絕空氣。依據裝置大小以及作業方式，僅能達到相當有限的效能。相較於前述擠壓機的優點係，投資支出費用低廉且所定的給料準確性要求低。
DE 20 2010 003 100 U1(其文獻係被視為最相近者)顯 示一種將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置，該裝置在一容器中具有一同軸攪拌系統，該同軸攪拌系統包括在兩個彼此獨立運轉的軸上的攪拌件，其中一螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件配置在一軸上而在數個攪拌件配置在一中軸上。
DE 195 38 476 C2顯示一種將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置，該裝置具有一同軸攪拌系統，該同軸攪拌系統具有同軸裝設在兩個彼此獨立運轉的軸上以及一在出口區範圍內的螺旋輸送泵。
發明概要
基於前述習知技藝，本發明之課題在於提供一種建構簡易且以簡單的方式來運作的裝置，其係用於將細微分散固體分散於高黏稠產物中，該裝置組合兩種前述方法的優點並予以發揚光大。在高黏稠產物的情況下，本文中的流體於10 s-1的剪率下的黏度範圍係10.000至1.000.000 mPas。
此課題是透過一種如同在申請專利範圍第1項中所述將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置而獲得解決。申請專利範圍第2至17項顯示所述發明的有利增進處。
特別地，提供一種將細微分散固體分散於一容器中之高黏稠產物中的裝置，其設有一同軸攪拌系統，該同軸攪拌系統具有裝設在兩個彼此獨立運轉、同軸設置的軸上之攪拌件，其中一螺旋輸送、且沿其壁面的攪拌件配置在一軸上，而數個攪拌件配置在一中軸上，該等攪拌件是配置 成得使在該容器的一上混合區中，直接與該容器之一頂室中的一原料進料區相連接，可備設一能建構一個由該螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件與攪拌件以形成一個充分混合區的組合，且在該容器的該上混合區下游之混合區設有攪拌件以形成一栓流區，以及一螺旋輸送泵以及攪拌件在該栓流區下游的區域形成一個與該混合區分隔開來的出口區。
較佳地，一由軸向輸送器與溶解盤所構成的攪拌件組合係作為攪拌件設置在該中軸上，其可依據產物的流變學以及產物的需求而改變。
較佳地，用以形成該充分混合區的該攪拌件組合是以達到使液態、高黏稠相與固態、微細分散相連續均質化這樣的方式來選定配置。
如上所述，在實際反應器中因為較佳的充分混合而有例如較少部分的饋送固體未完全分解。此課題是用於下游的栓流區。該栓流區中的攪拌件組合是例如透過固體完全分解在略微再混合產物時達到產物完全均質化這樣的方式來選定配置。
另外，透過該攪拌件的配置以及建構充分混合區以及下游的栓流區，可以確保兩個區不會有再混合且尤其是原料添加至出口區不會有短路流，但在混合區(亦即在充分混合區與栓流區)中有最小必須延遲時間，並藉此達到產物的均質化。較佳地，透過調整該出口區之螺旋輸送泵之泵輸送速率來調整在該栓流區中與產物相適配的延遲時間，且 該攪拌件組合在該栓流區中較佳的是以藉其由該充分混合區饋送之產物達到完全分解這樣的方式來選定配置。
在該充分混合區以及該栓流區中，較佳地通常各自設有至少一個溶解盤以及一軸向輸送器作為該中軸上的攪拌件。
該裝置尤其是以在批次作業中或在連續作業中進行液態、高黏稠相以及固態、細微分散相的混合這樣的方式來建構。
該充分混合區以及該栓流區尤其是以充分混合區與栓流區的正確組合會調整給料短暫起伏這樣的方式來組合，以使得對於液態與固態之給料準確性暫時穩定的要求為低。特別地，要求比依據現有技藝之方法還低。透過該充分混合區及該栓流區的正確組合，與攪拌系統的泵輸送速率以及該螺旋輸送泵之泵輸送速率彼此對應調整能補償輸送量的短暫起伏，而不會在成品中對品質有負面影響。
較佳地，該攪拌系統之泵輸送速率與螺旋輸送泵之泵輸送速率是以兩者中沒有一者會產生短路這樣的方式彼此調整。
此外，在該充分混合區以及栓流區中之該攪拌系統，與在該出口區中之該螺旋輸送泵較佳地以在運轉時(即在連續作業及/或批次作業時)，將混合程序與輸出程序彼此分隔開來這樣的方式設置。
在該容器的頂室處可設有流體與固體的額外給料的設備。該細微分散固體之額外給料之設備尤其具有一迴轉給 料器(Zellradschleuse)及/或一體積輸送器，其等是依據運作模式而採用。
在該容器的頂室處也可能/可以設有一用於饋送例如氮氣的設備及/或一用於產物排氣而建立真空的設備。
較佳地，該裝置上游更設有用於執行不同液相與固相之混合程序的設備。
較佳地，該裝置上游更設有用於清潔該裝置的設備。
較佳地，該裝置下游更設有用於實施製備加工處理(如將產物完全排氣)的設備。
較佳地，設有一依據產物而用於冷卻或加熱該裝置的設備。
有利地，設有一用於可靠地控制該裝置之例如流速、溫度、裝料高度等的測量設備及控制設備。
本發明之裝置結合用於連續製造與批次作業之前述裝置的優點。一方面使用較為簡易的共軸攪拌機具，另一方面組合兩個裝置的混合區(亦即該充分混合與該栓流或栓流(Plug-Flow))。此外，其適於在批次作業還有連續作業中混合液態、高黏稠相與固態、細微分散相。
圖式簡單說明
對於習於本技藝者來說，本發明之所述及更多特徵將由隨後詳細說明與隨附圖式而更為清楚，本發明之特徵將藉助實施例來說明且其中：圖1顯示本發明將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置。
較佳實施例之詳細說明
圖1中所示之將細微分散固體分散於在一容器5中的高黏稠產物中的裝置具有一同軸攪拌系統10、15，其具有裝設在兩個彼此獨立運轉、同軸設置的軸1、2上的攪拌件。一個螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件10係裝設在該軸1上，而數個攪拌件15係裝設在該中軸2上，該等攪拌件10、15是配置成得使在該容器5的一上混合區中，直接與一進料區相連接，可備設一能建構一個由該螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件10與攪拌件15以形成一個充分混合區I的組合，且在該容器5的該上混合區下游之混合區設有攪拌件15以形成一栓流區II。另外，一螺旋輸送泵20以及攪拌件15是設置在該栓流區II下游的區域(作為出口區III)。
該螺旋輸送、且沿其壁面的攪拌件10可根據產物而就其轉數以及輸送設備而改變。
一由軸向輸送器與溶解盤所構成的攪拌件組合係作為攪拌件15設置在該中軸2上，其可依據產物的流變學以及產物的需求而改變。用以形成該充分混合區I的該攪拌件組合特別是以達到使液態、高黏稠相與固態、微細分散相連續均質化這樣的方式來選定配置。此外，透過調整該出口區III之螺旋輸送泵20之泵輸送速率來調整在該栓流區II中與產物相適配的延遲時間，且該攪拌件組合在該栓流區II中是以藉其由該充分混合區I饋送之產物達到完全分解這樣的方式來選定配置。在該充分混合區I以及在該栓流區II中， 通常各自設有至少一個溶解盤以及一軸向輸送器作為該中軸2上的攪拌件15。
在該出口區III中，該螺旋輸送泵20被併入該容器5中。該同軸攪拌系統10、15的泵輸送速率以及該出口泵20之泵輸送速率係彼此對應調整。在該充分混合區I與該栓流區II中的該攪拌系統10、15以及在該出口區II中的該螺旋輸送泵20是以在運轉時(亦即在連續作業或在批次作業時)將混合程序與輸出程序彼此分隔開來這樣的方式組合設置。批次作業尤其是經由一泵送管32並封閉出口閥而產生產物的再循環來進行調整。
如同圖1中可見，在該容器5的頂室處設有一液體與固體的額外給料的設備25。該細微分散固體的額外給料的設備25具有一迴轉給料器及/或一體積輸送器，它們是依據運作模式而採用。額外給料的產物(亦即液體與固體)在I區中被充分混合。依據本發明，對於給料精確度的要求降低了，因為將不同的混合區I及II分開來可以補償輸送量的起伏。
特別地，進料區E與出口區III之間在給料準確性上的短暫起伏透過在充分混合區I中再混合來進行補償。再混合的程度係例如針對各個產物經由螺旋輸送、沿其壁面之攪拌件10的轉數，以及在該充分混合區I及螺旋輸送泵20之泵送效率或輸送效率中與其相關之泵送流的變化性而調整。
在圖1中更可見，在該容器5的頂室處設有一用於饋送例如氮氣的設備26以及一用於產物排氣而建立真空的設備27。
透過在該容器5之頂室處視情況建立真空並且隔開不同混合區(I區與II區)，可確保關於例如殘餘空氣內含物的產物品質要求。給料設備的對應適配件(如同例如具有迴轉給料器的固體給料器)是必要的。這在先前所述於擠壓機中連續製造產物時是不可能的。在此等擠壓機中，必須在下游設置分開的排氣設備(區)。
在圖1中所示裝置的上游設有用於執行不同液相與固相的混合程序的設備。混合程序包括例如摻合填料與染料及/或摻合硬化劑。
在圖1中所示裝置的上游亦設有用於清潔該裝置的設備29。
在圖1中所示裝置的下游亦設有用於實施製備加工處理(如將產物完全排氣)的設備30。該製備加工步驟可例如亦具有摻合填料與染料及/或摻合硬化劑。
此外，亦設有一依據產物而用於冷卻或加熱該裝置的設備31。
總而言之，依據本發明產生下列益處：使用一個簡易的裝置技術，但產物的生產力與品質不輸給在一依據習知技藝的裝置中所製造者。在與現有技藝生產力相同與品質相同的情況下，投資成本更低。作業成本比現有技藝還低，因為在與現有技藝生產力相同且品質相同的情況下，本裝置係更有效率地運作。依據本發明，以一個單一裝置可連續作業還有批次作業。在本發明之裝置中，在連續作業中的生產力可能係低的(~100 kg/h)。在 該裝置中，於連續作業中的混合程序與輸出程序基本上是分隔開來。批次量也可能是低的。
在擠壓機中的栓流需要高度的給料精確性。與其相比，在本發明裝置中利用充分混合區與栓流區的混合而發揮作用。藉此，對於給料精確性的要求減少了，因而用於給料裝置的投資成本與作業成本也減少。
1‧‧‧軸
2‧‧‧軸
5‧‧‧容器
10‧‧‧同軸攪拌系統
15‧‧‧同軸攪拌系統
20‧‧‧螺旋輸送泵
25‧‧‧設備
26‧‧‧設備
27‧‧‧設備
28‧‧‧設備
29‧‧‧設備
30‧‧‧設備
31‧‧‧設備
32‧‧‧泵送管
I‧‧‧充分混合區
II‧‧‧栓流區
III‧‧‧出口區
E‧‧‧進料區
圖1顯示本發明將細微分散固體分散於高黏稠產物中的裝置。
1‧‧‧軸
2‧‧‧軸
5‧‧‧容器
10‧‧‧同軸攪拌系統
15‧‧‧同軸攪拌系統
20‧‧‧螺旋輸送泵
25‧‧‧設備
26‧‧‧設備
27‧‧‧設備
28‧‧‧設備
29‧‧‧設備
30‧‧‧設備
31‧‧‧設備
32‧‧‧泵送管
I‧‧‧充分混合區
II‧‧‧栓流區
III‧‧‧出口區
E‧‧‧進料區

Claims (17)

  1. 一種將細微分散固體分散於在以下一容器中的高黏稠產物中的裝置，其包括有：一同軸攪拌系統，其具有裝設在兩個彼此獨立運轉、同軸設置的軸上的攪拌件，其中配置在一軸上，是一螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件，而配置在一中軸上的數個攪拌件，該等攪拌件是配置成得使在該容器的一上混合區中，直接與該容器之一頂室中的一原料進料區相連接，可備設一能建構一個由該螺旋輸送、且沿其壁面之攪拌件與攪拌件以形成一個充分混合區的組合，且在該容器的該上混合區下游之混合區設有攪拌件以形成一栓流區，以及一螺旋輸送泵以及攪拌件在該栓流區下游的區域形成一個與該混合區分隔開來的出口區。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵在於，一由軸向輸送器與溶解盤所構成的攪拌件組合係作為攪拌件設置在該中軸上，其可依據產物的流變學以及產物的需求而改變。
  3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其特徵在於，用以形成該充分混合區的該攪拌件組合是以達到使液態、高黏稠相與固態、微細分散相連續均質化這樣的方式來選定配置。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之裝置，其特徵在於，透過調整該出口區之螺旋輸送泵之泵輸送速率來調整在該栓流區中與產物相適配的延遲時間，且該攪拌件組合在該 栓流區中是以藉其由該充分混合區饋送之產物達到完全分解這樣的方式來選定配置。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，在該充分混合區以及在該栓流區中，通常各自設有至少一個溶解盤以及一軸向輸送器作為該中軸上的攪拌件。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，其在批次作業或在連續作業中進行液態、高黏稠相以及固態、細微分散相的混合。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，該充分混合區與該栓流區是以該充分混合區與該栓流區構成正確組合，以及攪拌系統的泵輸送速率以及該螺旋輸送泵之泵輸送速率彼此對應調整以補償輸送量短暫起伏這樣的方式來組合。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，該攪拌系統之泵輸送速率與螺旋輸送泵之泵輸送速率是以兩者中沒有一者會產生短路這樣的方式彼此調整。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，在該充分混合區以及栓流區中之該攪拌系統，與在該出口區中之該螺旋輸送泵以在運轉時(即在連續作業及/或批次作業時)，將混合程序與輸出程序彼此分隔開來這樣的方式組合設置。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，在該容器的頂室處設有流體與固體的額外給料的設備。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其特徵在於，該細微分 散固體的額外給料之設備具有一迴轉給料器或一體積輸送器，其等是依據運作模式而採用。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，在該容器的頂室處設有一用於饋送例如氮氣的設備及/或一用於產物排氣而建立真空的設備。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，該裝置上游設有一用於執行不同液相與固相之混合程序的設備。
  14. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，該裝置上游設有用於清潔該裝置的設備。
  15. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，該裝置下游設有用於實施製備加工處理(如將產物完全排氣)的設備。
  16. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，設有一依據產物而用以冷卻或加熱該裝置的設備。
  17. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置，其特徵在於，設有一用於可靠地控制該裝置之例如流速、溫度、裝料高度等的測量設備及控制設備。
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