WO2014048649A1 - Device for heating or cooling a meltable material - Google Patents

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WO2014048649A1
WO2014048649A1 PCT/EP2013/067571 EP2013067571W WO2014048649A1 WO 2014048649 A1 WO2014048649 A1 WO 2014048649A1 EP 2013067571 W EP2013067571 W EP 2013067571W WO 2014048649 A1 WO2014048649 A1 WO 2014048649A1
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heating element
container
stirrer
opening
heat transfer
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PCT/EP2013/067571
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Ralf BUCH
Waldemar MÜNCH
Robert Rupaner
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Basf Se
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    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
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    • B01J2219/00074Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00083Coils

Definitions

  • the invention relates to a device for heating or cooling a fusible material in a container comprising a heating element and a holding device, wherein the heating element tubular configured with an inlet opening and a drain opening for flow with a heat transfer medium and in at least a spatial direction as the main movement direction is movably attached to the holding device. Furthermore, the invention relates to a method for melting a fusible material and a method for cooling a molten material in a container having on its upper side an opening, by means of a device according to the invention.
  • feedstocks for the chemical or other processing industries such as waxes, wax-like oligomers and polymers, fats, emulsifiers or salts, are included
  • IBC intermediate bulk containers
  • the starting materials often constitute a mixture, it is generally necessary to melt and homogenize the entire contents of a transport container before a homogeneous subset can be removed from the transport container and sent for further processing, since it can be assumed that the preceding solidification process, the components are crystallized at different rates and therefore the mixture is not homogeneously distributed in the container.
  • the liquefaction of the contents of a transport container is often carried out in so-called heat cabinets, wherein the container are placed in a closed, tempered room in which it is heated as a whole by the surrounding air.
  • the container is immersed in a basin of hot water and left there until the container contents have melted.
  • Both the warming cabinet and the plunge pool are associated with complex construction measures and have a high energy consumption.
  • electrically operated heating bands and heating jackets are known, which are placed around the outer wall of the transport container and transfer heat to the container wall. They too are not very energy efficient.
  • Another disadvantage of the above-mentioned method is the fact that the heat transfer takes place indirectly via the container wall.
  • a wall material for IBC for example, in usually polyethylene (HDPE) used, which has a low thermal conductivity and a thermal resistance of about 100 ° C. This limits the warm-up process with regard to the maximum permissible temperature, in order to avoid damage or even destruction of the container wall.
  • HDPE polyethylene
  • the layers of the solid near the wall first melt, so that gas layers form between the solid and the inner wall of the container in the course of the melting process, which further reduce the thermal conductivity.
  • a warm- ing does not take place indirectly over the barrel wall, but in direct contact with the material to be melted.
  • a barrel melting device which comprises a horizontally arranged pipe spiral, which is flowed through by superheated steam. The pipe spiral is placed on the material to be melted and slides in a holder with the progress of the melting process under the influence of gravity in the barrel down.
  • the document RU 2 159 671 C1 discloses a similar device, which is also intended for the liquefaction of solid, meltable drum contents. Also in this device, a horizontally arranged pipe spiral is placed on the material to be melted and slides with progressive melting process in the barrel down. The pipe spiral is traversed by a liquid heating medium whose temperature is adjustable.
  • the two aforementioned devices are capable of liquefying the contents of barrels, they are only of limited use for melting material in a container such as an IBC. Because unlike barrels in which the opening cross-section is the same order of magnitude as the barrel cross-section, the openings of containers are usually much smaller than the container cross-section. Although vertical channels can melt into the material in a container with the mentioned devices, it takes a very long time until the entire material is liquefied, if this is even possible.
  • the object was to provide a device with which solid or highly viscous materials can be liquefied in transport containers in a short time, homogeneous and energy efficient.
  • This object is achieved by a device for heating a fusible material in a container comprising a heating element and a holding device, wherein the heating element tubular configured with an inlet opening and a drain opening for flow with a heat transfer medium and movable in at least one spatial direction as the main movement direction on the holding device is fixed, wherein the apparatus further comprises a stirrer for mixing liquid material, which is also arranged movable in the main direction of movement.
  • the device according to the invention can also be used for cooling a fusible material in a container.
  • the device can also be made movable in two or all three spatial directions.
  • the main direction of movement is understood to mean the direction in which the heating element and the stirrer can be guided into and out of the container.
  • the holding device is designed such that the heating element and the stirrer are movable in the vertical direction as a main movement direction through an opening in the top of the container.
  • the heating element according to the invention is tubular and can be flowed through by a fluid heat transfer medium.
  • the tube cross section may have different shapes, preferably it is circular, oval or rectangular, in particular circular.
  • the heating element is preferably made of a material having a high heat transfer coefficient. Particularly preferably, the heating element is made of stainless steel, aluminum or copper.
  • the wall thickness is preferably from 1 to 2 mm, the inner diameter of 0.5 to 3 cm.
  • the heating element comprises a tube coil having a hollow cylindrical contour.
  • This embodiment provides a large heat transfer area in a limited space. It is further preferred that the cylinder axis substantially corresponds to the main movement direction. This has the advantage that, given a given cross-section of the container opening, the outside diameter of the coiled tubing can be chosen as large as possible without jamming with the opening during extension and retraction of the heating element. A deviation of up to 10 ° between the hollow cylinder axis and the main direction of motion is still considered to be tolerable.
  • a distance between the tube sections of the helix in the axial direction is preferably provided.
  • the axial distance between adjacent pipe sections is preferably from 20% to 400%, more preferably from 50% to 200% of the outer diameter of the pipe.
  • the coiled tubing comprises two part coils with the same outer diameters of the hollow cylinders, wherein the part coiled into each other in the axial direction, are interconnected at their respective one end and open with their respective other end in the inlet opening or the drain opening.
  • axially adjacent pipe sections are preferably spaced.
  • the partial helix are arranged such that the axial distance between adjacent pipe sections is alternately 0% and from 50% to 400%, particularly preferably from 100% to 300% of the outer diameter of the pipe. That is, at one axial surface, the part coil touch, the other surfaces have an axial distance in the specified range.
  • the coiled tubing comprises two part coils with different outer diameters of the hollow cylinders, wherein the part coiled into each other in the radial direction, are interconnected at their respective one end and open with their respective other end in the inlet opening or the drain opening.
  • the inlet opening and the outlet opening are located on the end face of the hollow cylinder, which faces away from the container during retraction and extension.
  • the heating element is preferably dimensioned such that the ratio of its length to its outer diameter of 1 to 10, more preferably from 1, 5 to 8, in particular from 2 to 6.
  • the outer diameter of the heating element is preferably from 4 to 60 cm, more preferably from 8 to 20 cm, in particular from 10 to 16 cm.
  • a length of 60 cm to 120 cm has proven to be advantageous for a number of applications.
  • the stirrer comprises a stirrer shaft, on which at least one stirring element is arranged, and whose axis corresponds essentially to the main direction of movement.
  • the agitator shaft is preferably arranged in the interior of the hollow-cylindrical coiled tubing, particularly preferably coaxially with the cylinder axis.
  • the agitator shaft can be driven by known motors and transmissions, for example electrically or pneumatically.
  • the stirring elements By selecting the stirring elements, the axial and vertical flow conditions in and around the heating element can be adjusted.
  • Corresponding stirring elements for example blade, disc, crossbar, impeller, anchor or propeller stirrers, are known to the person skilled in the art.
  • the stirring elements are preferably made of stainless steel, depending on the application, enamelled or e.g. Teflon-coated stirring elements proven to counteract product adhesion.
  • the stirring elements are adjustable and / or replaceable attached to the agitator shaft.
  • the stirrer is arranged such that it is movable together with the heating element in the main movement direction.
  • components in which the stirrer is mounted be firmly connected to the heating element or the holding device.
  • the heating element and stirrer are arranged to be movable independently of one another in the main direction of movement.
  • components in which the stirrer is mounted can be connected to the heating element in such a way that the stirrer can be moved in the main movement direction relative to the heating element.
  • the stirrer is movably mounted on the holding device in the main movement direction.
  • Particularly Preferred is an arrangement of heating element and stirrer in which the stirrer move further into the container than the heating element. This allows, for example, the use of a stirring element which spreads depending on the speed and in the spread state has a larger diameter than the outer diameter of the heating element.
  • the device according to the invention may be provided with one or more sensors, for example for detecting the temperature, the viscosity or the conductivity of the liquefied material or the torque of the agitator shaft. From a change in the speed of the stirrer or its torque during operation can be concluded that changes in the melt properties such as the viscosity.
  • Another object of the invention is a method for melting a fusible material in a container having on its top an opening, by means of the device according to the invention, comprising the following steps:
  • the flow through the heating element with the heat transfer medium need not necessarily be performed as a second step, it can also be started before the heating element is placed on the surface of the material to be melted.
  • the flow can take place permanently during the melting process or intermittently.
  • the steps of decreasing the heating element and the mixing due to the rotation of the stirrer may be performed sequentially or in parallel with each other. They can also be performed alternately one after the other.
  • the heat transfer medium is selected depending on the melting range of the material to be melted. For a wide range of applications, hot to hot water with flow temperatures of 60 to 98 ° C is suitable. If the melting range of the material to be melted requires a higher flow temperature, superheated water or water-steam mixtures are suitable up to a temperature of approx.
  • Another object of the invention is a method for cooling a molten material in a container having on its top an opening, by means of the device according to the invention, comprising the following steps:
  • the flow through the heating element with the cold heat transfer medium need not necessarily be carried out as a second step, it can also be started before the heating element is introduced into the molten material.
  • the flow can take place permanently during the melting process or intermittently.
  • the cold heat transfer medium is selected depending on the melting point of the material to be cooled. For example, cold water, cooling water, brine or another substance are suitable if water is out of the question for the safety reasons already mentioned above.
  • the heating element can be briefly flowed through with a hot or hot heat transfer medium, so that the material liquefies in its immediate vicinity. Subsequently, the free-melted heating element is removed from the container and allowed to drain if necessary.
  • the method for cooling a molten material is advantageously used when a final product is to be rapidly cooled or solidified, for example, to make it ready for rapid transport or to prevent crystallization of the material. Furthermore, it can also be used for the rapid cooling of liquids from the food industry, which may be warm or heated for a short time for the purpose of sterilization, for example wine, milk or fruit juices.
  • the flow temperature to the heating element is set to a predetermined temperature.
  • Corresponding thermostats or devices for temperature control are known to the person skilled in the art.
  • a protective gas can be passed into the container during the implementation of the method.
  • this is nitrogen.
  • the inventive method is particularly suitable for melting and / or cooling of
  • solid hydrocarbons or derivatives thereof for example waxes and paraffins,
  • solid sulfur or organic anhydrides such as maleic anhydride or phthalic anhydride.
  • inventive methods are suitable for various transport containers, especially for barrels, transport containers, railway cars, road containers and road tankers. Depending on the application, several devices according to the invention can also be used.
  • the invention enables the gentle melting and tempering of the contents of a transport container by the direct contact of a tempered heating element with the material to be melted in the container.
  • a tempered heating element With the material to be melted in the container.
  • the container contents are additionally mixed homogeneously, and the duration of the melting process is reduced considerably in comparison with known methods. This also significantly minimizes potentially harmful side effects of the melting process, such as thermal damage to the material or undesired reactions in the container.
  • the device according to the invention is simple in construction and can be used flexibly.
  • Fig. 1 embodiment of a device according to the invention with double helix as a heating element
  • Fig. 3 Example of the use of a device according to the invention for continuous
  • Fig. 4 embodiment of a device according to the invention for use in barrels List of reference numbers used
  • the heating element 10 is tubular in shape as a double helix 15, which has a hollow cylindrical contour.
  • the two part coils have the same outer diameter of the hollow cylinder and run into one another in the axial direction.
  • the axial distance between adjacent pipe sections is alternately 0% and 200% of the tube outer diameter, that is, on one axial surface, the part of the coil touch, the other surfaces have an axial distance corresponding to twice the tube outer diameter.
  • the part coil are connected together. With their respective other end open the partial coil in the inlet opening 1 1 and in the drain opening 12.
  • the inlet opening 1 1 and the drain opening 12 are located on the end face of the hollow cylinder, which faces away from the container during retraction and extension.
  • the two openings with a supply line 13 and a drain line 14 are connected.
  • three band-shaped reinforcing elements 16 are provided in the illustrated example, which extend axially on the outside of the double helix and are firmly connected, eg welded or soldered, to at least some pipe sections.
  • the holding device 20 comprises two guide rods 21, on which a guide sleeve 22 is slidably mounted.
  • the guide sleeve 22 In order to prevent the guide sleeve 22 from sliding out of the guide rods 21, these are each provided with an end stop 23 at their lower ends.
  • the end stop 23 along the guide rods 21 is variably adjustable in order to limit the sinking depth of the heating element 10 in a container can.
  • the guide sleeve 22 is connected to the inlet and the discharge pipe of the double helix 15.
  • the holding device 20 may be fixedly mounted, for example on a wall, a ceiling or a free-standing scaffolding, or it may be used on mobile, for example, placed with its lower end on a transport container.
  • the holding device is firmly connected to a wall.
  • the transport container to be treated is placed under the holding device.
  • the heating element and the stirrer can be placed on the holding device in the main direction of movement vertically down through the opening in the top of the transport container on the material to be melted.
  • heating element and stirrer are moved via a manually or electrically operated cable pull.
  • a stirrer 30 is coaxially arranged. It comprises a stirrer shaft 31 and, in this example, three stirring elements 32 attached thereto.
  • FIG. 2 shows the lower end of the device from FIG. 1 as a detailed detail. From this figure, the agitator shaft 31 and attached stirring elements 32 are more clearly visible.
  • the bearing of the agitator shaft 31 is not shown in the figures. It can be carried out independently of the bearing of the heating element, in order to allow an axial relative movement between heating element 10 and agitator 30. The axial relative movement makes it possible to move the stirrer further into the container than the heating element.
  • the device according to FIG. 1 is placed with its holding device 20 on the opening in the upper side of the container.
  • the heating element 10 is placed on the solid content of the container and put into operation by flowing through it with a warm or hot heat transfer medium, for example, with hot water.
  • the material in the immediate vicinity of the tubular coil 15 begins to melt, whereupon the heating element 10 is immersed in the melt due to its own weight or guided downwards.
  • the stirrer 30 inside the heating element 10 is also immersed in the resulting melt.
  • the stirrer 30 is switched off, the heating element 20 removed from the container and allowed to drain.
  • the transport container can now be removed a desired amount of liquid, homogeneously mixed material.
  • a preferred control strategy provides, for example, first to melt the material with little energy input until the heating elements have sunk to a predetermined length, and then to increase the temperature of the heat transfer medium and / or the flow of heat transfer medium.
  • three to five devices according to the invention are interconnected on the side of the heat transfer medium, the heat transfer medium is pumped in a circle and the energy required for introduction into the melt is continuously introduced into the circuit, e.g. by a heat exchanger or an inflow of heat transfer medium at a higher temperature than present in the circulation stream.
  • the energy required for introduction into the melt is continuously introduced into the circuit, e.g. by a heat exchanger or an inflow of heat transfer medium at a higher temperature than present in the circulation stream.
  • the device according to the invention can also be used continuously.
  • 3 shows an example of the use of a device according to the invention in a continuous process for melting solid flakes.
  • Shown is a schematic diagram of a longitudinal section through a container 40, which comprises an upper cylindrical part and a downwardly adjoining conical part.
  • the container wall 41 is preferably made thermally insulated.
  • a hopper 43 for solid flakes 45 which is equipped with a flap for dosing the flakes.
  • At the lower end of the conical part there is an outlet 44 for the melt 46.
  • a wire screen 42 is mounted, the mesh size is such that only the melt can flow into the conical part, and optionally still in the melt located flakes are retained.
  • the holding device 20 of a device according to the invention is attached.
  • Their construction corresponds essentially to that shown in FIG. Only the holding device 20 is modified.
  • the inlet pipe and the drain pipe are attached to a respective guide rod.
  • the two guide rods are slidably mounted in two sleeves, which are connected via the holding device 20 fixed to the container lid.
  • the length and position of the elements of the holding device are selected such that the lower end of the device is in the completely sunken state just above the wire screen 42.
  • the process for the continuous melting of solid flakes can be carried out, for example, as follows: First, portions of flakes 45 are filled into the container interior until they have reached a height starting from the wire screen 42 so that they come into contact with the heating element 10.
  • the heating element 10 is put into operation and flows through with hot water as the heat transfer medium.
  • the melt 46 collects in the lower, conical part of the container, while continuously refilled through the hopper 43 flakes. As soon as approximately half of the container is filled with melt, a continuous melt discharge through the outlet 44 is started. During the flake supply, nitrogen is added via a gas inlet 47 as protective gas.
  • This melting process can be advantageously used to continuously supply a downstream plant with a molten feedstock, e.g. one of the above substances.
  • a molten feedstock e.g. one of the above substances.
  • a heating element with a ratio of length to outer diameter of 1, 5 is suitable when it is operated with hot water of about 80 ° C.
  • Nitrogen is supplied to the vessel at a rate of 80 liters per minute to protect it from oxidation.
  • the heating element was made of a stainless steel tube with a wall thickness of 1, 5 mm and an inner diameter of 9 mm.
  • the heating element comprised a double helix with an outer diameter of the hollow cylinder of 13.5 cm and a length of the double helix of 72 cm.
  • the axial distance between adjacent pipe sections was 200% of the pipe outside diameter.
  • the stirrer was pneumatically driven and was speed controlled. On the agitator shaft, three propeller stirrers were arranged as stirring elements at a distance of 20 cm each. The outer diameter of the propeller stirrer was about 8 cm.
  • Example 1 An IBC was filled with 750 kg of n-octadecane (melting point 28 ° C). The mass was present as a homogeneous solid block in the container. The IBC was opened at the top and the lower end of the holding device of the device according to the invention was placed on the edge of the opening. The heating element was movable in the vertical direction and was placed with its lower end on the solid mass. To heat the solid, the heating element was flowed through with hot water as the heat transfer medium. The water was passed gravimetrically from a condensate tank with a flow temperature of about 80 ° C and a flow rate of about 5 l / min in the heating element. The exiting from the outlet of the heating element Water was discarded.
  • the heating element had melted into the solid over the entire length of the coiled tubing, whereupon the stirrer was switched on at a speed of about 200 rpm. After a total of 12 hours, the entire contents of the container was melted and homogeneously mixed.
  • the heater was pulled out of the IBC and allowed to drain. After two minutes it was sufficiently clean to be put on the next container. In the meantime, a heated feed pump and a trace-heated pipe were connected to the bottom cock of the IBC and the container was pumped out for further use of the material.
  • Example 2 An IBC comparable to Example 1 was placed in a heating cabinet (Fa. Conthermo, 50 m 2 heating surface, 4 bar steam-heated) with a tempered volume volume of 2.3 m 3 and a set room temperature of 70 ° C and the lid of the IBC for pressure equalization sufficiently relaxed. The reflow process was visually checked for progress every two hours. Only after 63 hours in the oven, a complete melting of the contents was found. The container was removed from the oven and its contents further processed.
  • a heating cabinet Fe. Conthermo, 50 m 2 heating surface, 4 bar steam-heated
  • Example 2 The experimental set-up was the same as in Example 1, except that the IBC was filled with 750 kg of the wax mixture LINPAR® 18-20 (supplied by Sasol).
  • the wax mixture consists mainly of n-alkanes of chain length C17 to C19 and has a melting point of about 30 ° C). After about 15 minutes, the coiled tubing was melted over its entire length in the wax mixture, whereupon the stirrer was turned on. After a total of six and a half hours, the entire contents of the container were melted and a subset of 145 kg was removed.
  • Comparative Example 2 Under the same conditions as in Comparative Example 1, a wax compound LINPAR® 18-20 in an IBC was placed in a heating cabinet. After 33 hours, the mixture was completely melted and the IBC was removed from the oven. With an attached stirrer, the contents of the IBC were homogenized for a period of 10 minutes before a subset of 145 kg of the wax mixture could be removed.
  • Example 3
  • Example 3a The experimental setup corresponded to that in Example 1 with the difference that the IBC was filled with 750 kg of a mixture of saturated n-paraffinic hydrocarbons (melting range about 27 ° C to 31 ° C). After about 30 minutes, the coiled tubing was melted into the mixture over its entire length, whereupon the stirrer was switched on. The entire reflow process of the complete IBC content took 8 hours. After melting, a partial amount could be taken from the IBC. Comparative Example 3a
  • Comparative Example 3b An IBC according to Example 3 was wrapped with a commercially available, electrically operated heating tape and heated. After one week of heating, the contents had still not melted and the attempt was stopped.
  • a clamping ring drum with a capacity of 200 liters was filled with 210 kg of a solid emulsifier (melting point about 26 ° C).
  • the main constituent of the emulsifier was p-octylphenol ethoxylate with about 25 moles of EO.
  • the mass was present as a homogeneous solid block in the barrel.
  • the drum cover was removed, and placed the lower end of the holding device of the device according to the invention on the edge of the opening. All further process steps corresponded to those described in Example 1, wherein water was used with a flow temperature of 67 ° C as the heat transfer medium.
  • the stirrer was switched on about one hour after the beginning of the melting process. After 14 hours, all of the contents of the keg had melted and the melt could be pumped to dilute it into a reaction vessel containing hot water.
  • Comparative Example 4a Under the same conditions as in Comparative Example 1, a barrel with emulsifier according to Example 4 was placed in a heating cabinet. After 67 hours, the drum contents were completely melted. Comparative Example 4b
  • the heating element 10 was made of a stainless steel tube with a wall thickness of 1, 5 mm and an inner diameter of 9 mm.
  • the heating element comprised a simple tube coil 15 with an outer diameter of the hollow cylinder of 40 cm and a length of the coiled tubing of 60 cm. The axial distance between adjacent pipe sections was 100% of the pipe outside diameter.
  • the upper end of the tube coil 15 led into the inlet opening 1 1.
  • the lower end of the tube coil 15 was guided as a straight piece of pipe on the inside of the hollow cylinder upwards and led into the discharge opening 12.
  • the inventive device was placed in an empty Spannringleton with 200 liter capacity and the heating element as described in Example 1 put into operation. Under suction, 100 kg of maleic anhydride flakes (melting point 53 ° C) were filled into the barrel and melted. The melting process for the total amount of 100 kg took one hour.
  • the inventive device was placed in an empty Spannringank with 200 liter capacity and 100 kg of polyethylene glycol 6000 (melting range about 45 ° C to 60 ° C) filled as a flake. Subsequently, the heating element with hot water as a heat transfer medium with a temperature of about 90 ° C was put into operation. After six hours, the entire contents of the drum had melted, so that the melt could be pumped into a storage tank. For the next melting process again 100 kg of flakes (four sacks of 25 kg) were filled into the clamping ring barrel.
  • the dandruff barrel filled with flakes was placed in a heat chamber whose interior temperature was set to 90 ° C.
  • the drum contents were completely melted after 19 hours and could be removed for further use.
  • Examples 6 and 7 illustrate the possible uses of the device according to the invention for the cooling of fusible material. They have not yet been confirmed experimentally.
  • a catalyzed solvent-free reaction of a mixture of two different bifunctional isocyanates with a mixture of two diols and a triol to a viscous polyurethane melt is carried out at 110 ° C.
  • the lot size is around six tons.
  • the reaction product must be filled after the completion of the reaction in seven provided IBCs, the cooling process should be carried out quickly and controlled as the reaction product still reacted at the present temperature with increase in viscosity.
  • the IBCs are next to each other and each IBC is equipped with a device according to the invention as described above, which are each introduced into the empty IBCs.
  • the devices are connected in series to a common cooling circuit and serve to cool the reaction product.
  • Each stirrer is equipped with stirrer speed monitoring.
  • the interconnection of the heating elements is carried out according to the counterflow principle contrary to the order of filling the IBCs. This has the consequence that the IBC currently being filled in each case comes into contact with the coldest coolant flow. As the temperature of the reaction product in the reaction vessel decreases, the viscosity of the mixture increases sharply. Therefore, it is not appropriate to completely cool the reaction product in the reaction vessel.
  • the mixture is cooled only to about 75 ° C internal temperature and filled under pressure with nitrogen from the reaction vessel via heated lines in the IBCs on the bottom tap. After completing the filling of an IBC, the lines are blown out by means of a nitrogen pressure surge and the corresponding bottom tap is closed.
  • the agitator shaft is lowered about 10 cm from the lower end of the coiled tubing and immersed in the product before this.
  • slow cooling sets in, but this does not work until the container is completely filled and no other hot product is flowing.
  • the lowering of the product temperature takes place with a simultaneous increase in intrinsic viscosity until the increasing viscosity leads to a decrease in the stirrer speed. If the speed falls below a predetermined, product-dependent value, the respective device is pulled out of the melt of the IBC. After about 3 hours of cooling, the temperature inside the IBCs has dropped to about 45 ° C.
  • the cooling is turned off and hot water is passed through the coiled tubing to liquefy adhering product remnants and drain into the IBCs. Thereafter, the IBCs are closed for transport.
  • the mass solidifies quickly and grows around the coiled tubing to the outside.
  • the Cooling is maintained until the entire contents of the IBCs are fully solidified and present as a block, which is the case after about 6 hours.
  • the temperature of the heat transfer medium is then increased to 43 ° C for a period of three minutes to liquefy the environment of the coiled tubing and withdraw the devices from the IBCs.
  • a more homogeneous distribution of the container contents is achieved by the inventive method.
  • drilling samples may be taken at different locations in the IBC, which are analyzed for physical properties such as melting temperature.

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Abstract

The invention relates to a device for heating or cooling a meltable material in a container, comprising a heating element (10) and a holding device (20), wherein the heating element (10) is designed to be tubular, having an inlet opening (11) and an outlet opening (12) for the flow of a thermal transfer medium, and is fastened movably, in at least one spatial direction, as the primary movement direction, to the holding device (20), characterized in that the device furthermore has an agitator (30) for mixing liquid material, which is likewise movably arranged in the primary movement direction.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung oder Abkühlung eines schmelzbaren Materials Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung oder Kühlung eines schmelzbaren Materials in einem Behälter umfassend ein Heizelement und eine Halteeinrichtung, wobei das Heizelement rohrförmig mit einer Zulauföffnung und einer Ablauföffnung zur Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium ausgestaltet und in mindestens einer Raumrichtung als Hauptbewegungsrichtung bewegbar an der Halteeinrichtung befestigt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufschmelzen eines schmelzbaren Materials sowie ein Verfahren zum Abkühlen eines geschmolzenen Materials in einem Behälter, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.  The invention relates to a device for heating or cooling a fusible material in a container comprising a heating element and a holding device, wherein the heating element tubular configured with an inlet opening and a drain opening for flow with a heat transfer medium and in at least a spatial direction as the main movement direction is movably attached to the holding device. Furthermore, the invention relates to a method for melting a fusible material and a method for cooling a molten material in a container having on its upper side an opening, by means of a device according to the invention.
Etliche Einsatzstoffe für die chemische oder sonstige verarbeitende Industrie, beispielsweise Wachse, wachsähnliche Oligomere und Polymere, Fette, Emulgatoren oder Salze, sind beiSeveral feedstocks for the chemical or other processing industries, such as waxes, wax-like oligomers and polymers, fats, emulsifiers or salts, are included
Umgebungstemperatur (20°C bis 25°C) im festen oder hochviskosen Zustand und müssen vor ihrer Weiterverarbeitung verflüssigt werden. Die Bereitstellung größerer Mengen an derartigen Stoffen ist mit einigem Aufwand verbunden. Transport und Anlieferung derartiger Stoffe erfolgen üblicherweise in Transportbehältern wie Fässern oder Containern, z.B. den sogenannten„In- termediate Bulk Containern" (IBC), die je nach Bauart in der Regel ein Fassungsvermögen von 500 bis 1000 Litern haben können. Die Container verfügen auf ihrer Oberseite über eine Einfüllöffnung von ca. 15 cm Durchmesser sowie einen Ablasshahn am Boden des Containers. Ambient temperature (20 ° C to 25 ° C) in solid or highly viscous state and must be liquefied before further processing. The provision of larger amounts of such substances is associated with some effort. Transport and delivery of such materials are usually carried out in transport containers such as drums or containers, e.g. The so-called "intermediate bulk containers" (IBC), which can usually have a capacity of 500 to 1000 liters depending on the design.The containers have on its top a filling opening of about 15 cm in diameter and a drain cock on the ground of the container.
Da die Einsatzstoffe häufig eine Mischung darstellen, ist es in der Regel erforderlich, den kom- pletten Inhalt eines Transportbehälters aufzuschmelzen und zu homogenisieren, bevor eine homogene Teilmenge aus dem Transportbehälter entnommen und der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann, denn es ist davon auszugehen, dass beim vorhergehenden Verfesti- gungsprozess die Komponenten unterschiedlich schnell auskristallisiert sind und daher die Mischung nicht homogen im Container verteilt vorliegt. Since the starting materials often constitute a mixture, it is generally necessary to melt and homogenize the entire contents of a transport container before a homogeneous subset can be removed from the transport container and sent for further processing, since it can be assumed that the preceding solidification process, the components are crystallized at different rates and therefore the mixture is not homogeneously distributed in the container.
Die Verflüssigung des Inhalts eines Transportbehälters wird häufig in sogenannten Wärmeschränken durchgeführt, wobei der Behälter in einen geschlossenen, temperierten Raum gestellt werden, in dem er als Ganzes durch die ihn umgebende Luft erwärmt wird. Bei einem weiteren etablierten Verfahren zum Aufschmelzen des Behälterinhalts wird der Behälter in ein Be- cken mit heißem Wasser getaucht und solange dort belassen, bis der Behälterinhalt geschmolzen ist. Sowohl der Wärmeschrank als auch das Tauchbecken sind mit aufwändigen baulichen Maßnahmen verbunden und weisen einen hohen Energieverbrauch auf. Weiterhin sind elektrisch betriebene Heizbänder und Heizmäntel bekannt, die um die Außenwand des Transportbehälters gelegt werden und Wärme an die Behälterwand übertragen. Auch sie sind wenig energieeffizient. The liquefaction of the contents of a transport container is often carried out in so-called heat cabinets, wherein the container are placed in a closed, tempered room in which it is heated as a whole by the surrounding air. In another established method for melting the container contents, the container is immersed in a basin of hot water and left there until the container contents have melted. Both the warming cabinet and the plunge pool are associated with complex construction measures and have a high energy consumption. Furthermore, electrically operated heating bands and heating jackets are known, which are placed around the outer wall of the transport container and transfer heat to the container wall. They too are not very energy efficient.
Ein weiterer Nachteil der oben genannten Verfahren ist darin zu sehen, dass die Wärmeübertragung indirekt über die Behälterwand erfolgt. Als Wandmaterial für IBC beispielsweise wird in der Regel Polyethylen (HDPE) verwendet, das über eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine thermische Beständigkeit von etwa 100°C verfügt. Damit sind dem Aufwärmprozess Grenzen gesetzt im Hinblick auf die maximal zulässige Temperatur, um eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Behälterwand zu vermeiden. Außerdem schmelzen bei einer Wandbeheizung zunächst die wandnahen Schichten des Feststoffes, sodass sich im Verlauf des Aufschmelzprozesses Gasschichten zwischen dem Feststoff und der Behälterinnenwand ausbilden, die die Wärmeleitfähigkeit noch weiter reduzieren. Another disadvantage of the above-mentioned method is the fact that the heat transfer takes place indirectly via the container wall. As a wall material for IBC, for example, in usually polyethylene (HDPE) used, which has a low thermal conductivity and a thermal resistance of about 100 ° C. This limits the warm-up process with regard to the maximum permissible temperature, in order to avoid damage or even destruction of the container wall. In addition, in the case of wall heating, the layers of the solid near the wall first melt, so that gas layers form between the solid and the inner wall of the container in the course of the melting process, which further reduce the thermal conductivity.
Speziell für Fässer als Transportbehälter sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Erwär- mung nicht indirekt über die Fasswand, sondern im direkten Kontakt mit dem aufzuschmelzenden Gut erfolgt. In der Offenlegungsschrift DE 37 06 927 A1 wird eine Fassschmelz-Vorrichtung beschrieben, die eine waagerecht angeordnete Rohrspirale umfasst, die von Heißdampf durchströmt wird. Die Rohrspirale wird auf das aufzuschmelzende Gut aufgelegt und gleitet in einer Halterung mit Fortschreiten des Schmelzprozesses unter dem Einfluss der Schwerkraft in dem Fass nach unten. Especially for barrels as a transport container devices are known in which a warm- ing does not take place indirectly over the barrel wall, but in direct contact with the material to be melted. In the published patent application DE 37 06 927 A1 a barrel melting device is described, which comprises a horizontally arranged pipe spiral, which is flowed through by superheated steam. The pipe spiral is placed on the material to be melted and slides in a holder with the progress of the melting process under the influence of gravity in the barrel down.
Das Dokument RU 2 159 671 C1 offenbart eine ähnliche Vorrichtung, die ebenfalls für das Verflüssigen von festen, schmelzbaren Fassinhalten vorgesehen ist. Auch bei dieser Vorrichtung wird eine waagerecht angeordnete Rohrspirale auf das aufzuschmelzende Gut aufgelegt und gleitet mit fortschreitendem Schmelzprozess in dem Fass nach unten. Die Rohrspirale wird von einem flüssigen Heizmedium durchströmt, dessen Temperatur einstellbar ist. The document RU 2 159 671 C1 discloses a similar device, which is also intended for the liquefaction of solid, meltable drum contents. Also in this device, a horizontally arranged pipe spiral is placed on the material to be melted and slides with progressive melting process in the barrel down. The pipe spiral is traversed by a liquid heating medium whose temperature is adjustable.
Während die beiden vorgenannten Vorrichtungen geeignet sind, den Inhalt von Fässern zu verflüssigen, sind sie nur sehr eingeschränkt geeignet zum Aufschmelzen von Material in einem Container wie einem IBC. Denn im Gegensatz zu Fässern, bei denen der Öffnungsquerschnitt in derselben Größenordnung liegt wie der Fassquerschnitt, sind die Öffnungen von Containern üblicherweise deutlich kleiner als der Behälterquerschnitt. Mit den genannten Vorrichtungen lassen sich zwar vertikale Kanäle in das Material in einem Container schmelzen, es dauert aber sehr lange, bis das gesamte Material verflüssigt ist, sofern dies überhaupt möglich ist. While the two aforementioned devices are capable of liquefying the contents of barrels, they are only of limited use for melting material in a container such as an IBC. Because unlike barrels in which the opening cross-section is the same order of magnitude as the barrel cross-section, the openings of containers are usually much smaller than the container cross-section. Although vertical channels can melt into the material in a container with the mentioned devices, it takes a very long time until the entire material is liquefied, if this is even possible.
Es stellte sich die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der feste oder hochviskose Materialien in Transportbehältern in kurzer Zeit, homogen und energieeffizient verflüssigt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erwärmung eines schmelzbaren Materials in einem Behälter umfassend ein Heizelement und eine Halteeinrichtung, wobei das Heizelement rohrförmig mit einer Zulauföffnung und einer Ablauföffnung zur Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium ausgestaltet und in mindestens einer Raumrichtung als Hauptbewegungsrichtung bewegbar an der Halteeinrichtung befestigt ist, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Rührer zum Durchmischen flüssigen Materials aufweist, der ebenfalls in der Hauptbewegungsrichtung bewegbar angeordnet ist. Wie weiter unten dargelegt wird, lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Kühlung eines schmelzbaren Materials in einem Behälter einsetzen. The object was to provide a device with which solid or highly viscous materials can be liquefied in transport containers in a short time, homogeneous and energy efficient. This object is achieved by a device for heating a fusible material in a container comprising a heating element and a holding device, wherein the heating element tubular configured with an inlet opening and a drain opening for flow with a heat transfer medium and movable in at least one spatial direction as the main movement direction on the holding device is fixed, wherein the apparatus further comprises a stirrer for mixing liquid material, which is also arranged movable in the main direction of movement. As will be explained below, the device according to the invention can also be used for cooling a fusible material in a container.
Die Vorrichtung kann auch in zwei oder alle drei Raumrichtungen bewegbar ausgestaltet sein. Unter der Hauptbewegungsrichtung wird die Richtung verstanden, in der das Heizelement und der Rührer in den Behälter hinein und aus dem Behälter heraus geführt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halteeinrichtung derart gestaltet, dass das Heizelement und der Rührer in vertikaler Richtung als Hauptbewegungsrichtung durch eine Öffnung in der Oberseite des Behälters bewegbar sind. The device can also be made movable in two or all three spatial directions. The main direction of movement is understood to mean the direction in which the heating element and the stirrer can be guided into and out of the container. In a preferred embodiment, the holding device is designed such that the heating element and the stirrer are movable in the vertical direction as a main movement direction through an opening in the top of the container.
Das erfindungsgemäße Heizelement ist rohrförmig und von einem fluiden Wärmeträgermedium durchströmbar. Der Rohrquerschnitt kann unterschiedliche Formen aufweisen, bevorzugt ist er kreisrund, oval oder rechteckig, insbesondere kreisrund. Das Heizelement wird vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, der einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten aufweist. Be- sonders bevorzugt ist das Heizelement aus Edelstahl, Aluminium oder Kupfer gefertigt. Die Wandstärke beträgt vorzugsweise von 1 bis 2 mm, der Innendurchmesser von 0,5 bis 3 cm. The heating element according to the invention is tubular and can be flowed through by a fluid heat transfer medium. The tube cross section may have different shapes, preferably it is circular, oval or rectangular, in particular circular. The heating element is preferably made of a material having a high heat transfer coefficient. Particularly preferably, the heating element is made of stainless steel, aluminum or copper. The wall thickness is preferably from 1 to 2 mm, the inner diameter of 0.5 to 3 cm.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Heizelement eine Rohrwendel, die eine hohlzylindrische Kontur aufweist. Diese Ausgestaltung bietet eine große Wärmeüber- tragungsfläche auf begrenztem Raum. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Zylinderachse im Wesentlichen der Hauptbewegungsrichtung entspricht. Dies hat den Vorteil, dass bei einem gegebenen Querschnitt der Behälteröffnung der Außendurchmesser der Rohrwendel möglichst groß gewählt werden kann, ohne dass es beim Ein- und Ausfahren des Heizelements zu einem Verkanten mit der Öffnung kommt. Eine Abweichung von bis zu 10° zwischen der Hohlzylinder- achse und der Hauptbewegungsrichtung wird noch als tolerabel angesehen. In a particularly advantageous embodiment, the heating element comprises a tube coil having a hollow cylindrical contour. This embodiment provides a large heat transfer area in a limited space. It is further preferred that the cylinder axis substantially corresponds to the main movement direction. This has the advantage that, given a given cross-section of the container opening, the outside diameter of the coiled tubing can be chosen as large as possible without jamming with the opening during extension and retraction of the heating element. A deviation of up to 10 ° between the hollow cylinder axis and the main direction of motion is still considered to be tolerable.
Um eine Flüssigkeitsströmung durch den Hohlzylinder nicht nur in axialer, sondern auch in radialer Richtung zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein Abstand zwischen den Rohrabschnitten der Wendel in axialer Richtung vorgesehen. Der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohr- abschnitten beträgt bevorzugt von 20% bis 400%, besonders bevorzugt von 50% bis 200% des Außendurchmessers des Rohres. In order to ensure a liquid flow through the hollow cylinder not only in the axial, but also in the radial direction, a distance between the tube sections of the helix in the axial direction is preferably provided. The axial distance between adjacent pipe sections is preferably from 20% to 400%, more preferably from 50% to 200% of the outer diameter of the pipe.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Rohrwendel zwei Teilwendel mit gleichen Außendurchmessern der Hohlzylinder, wobei die Teilwendel in axialer Richtung ineinander verlau- fen, an ihrem jeweiligen einen Ende miteinander verbunden sind und mit ihrem jeweiligen anderen Ende in die Zulauföffnung beziehungsweise die Ablauföffnung münden. Auch bei dieser Ausführungsform sind axial benachbarte Rohrabschnitte vorzugsweise beabstandet. In einer weiteren vorteilhaften Variante sind die Teilwendel derart angeordnet, dass der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohrabschnitten abwechselnd 0% und von 50% bis 400%, besonders bevorzugt von 100% bis 300% des Außendurchmessers des Rohres beträgt. Das heißt, an einer axialen Fläche berühren sich die Teilwendel, die anderen Flächen weisen einen axialen Abstand in dem angegebenen Bereich auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Rohrwendel zwei Teilwendel mit unterschiedlichen Außendurchmessern der Hohlzylinder, wobei die Teilwendel in radialer Richtung ineinander verlaufen, an ihrem jeweiligen einen Ende miteinander verbunden sind und mit ihrem jeweiligen anderen Ende in die Zulauföffnung beziehungsweise die Ablauföffnung münden. In a preferred embodiment, the coiled tubing comprises two part coils with the same outer diameters of the hollow cylinders, wherein the part coiled into each other in the axial direction, are interconnected at their respective one end and open with their respective other end in the inlet opening or the drain opening. Also in this embodiment axially adjacent pipe sections are preferably spaced. In a further advantageous variant, the partial helix are arranged such that the axial distance between adjacent pipe sections is alternately 0% and from 50% to 400%, particularly preferably from 100% to 300% of the outer diameter of the pipe. That is, at one axial surface, the part coil touch, the other surfaces have an axial distance in the specified range. In a further preferred embodiment, the coiled tubing comprises two part coils with different outer diameters of the hollow cylinders, wherein the part coiled into each other in the radial direction, are interconnected at their respective one end and open with their respective other end in the inlet opening or the drain opening.
Beide Ausgestaltungsvarianten werden im Folgenden auch als Doppelwendel bezeichnet. Bevorzugt befinden sich die Zulauföffnung und die Ablauföffnung auf der Stirnseite des Hohlzylin- ders, die beim Ein- und Ausfahren dem Behälter abgewandt ist. Both embodiments are also referred to below as a double helix. Preferably, the inlet opening and the outlet opening are located on the end face of the hollow cylinder, which faces away from the container during retraction and extension.
Das Heizelement ist vorzugsweise derart bemessen, dass das Verhältnis seiner Länge zu seinem Außendurchmesser von 1 bis 10, besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 8, insbesondere von 2 bis 6 beträgt. Der Außendurchmesser des Heizelements beträgt vorzugsweise von 4 bis 60 cm, besonders bevorzugt von 8 bis 20 cm, insbesondere von 10 bis 16 cm. Eine Länge von 60 cm bis 120 cm hat sich für etliche Anwendungen als vorteilhaft erwiesen. The heating element is preferably dimensioned such that the ratio of its length to its outer diameter of 1 to 10, more preferably from 1, 5 to 8, in particular from 2 to 6. The outer diameter of the heating element is preferably from 4 to 60 cm, more preferably from 8 to 20 cm, in particular from 10 to 16 cm. A length of 60 cm to 120 cm has proven to be advantageous for a number of applications.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Rührer eine Rührerwelle, auf der mindestens ein Rührelement angeordnet ist, und deren Achse im Wesentlichen der Hauptbewegungsrichtung entspricht. Bei Ausführungsformen mit hohlzylindrischem Heizelement ist die Rührerwelle vorzugsweise im Inneren der hohlzylindrischen Rohrwendel angeordnet, besonders bevorzugt koaxial zur Zylinderachse. In a preferred embodiment of the device according to the invention, the stirrer comprises a stirrer shaft, on which at least one stirring element is arranged, and whose axis corresponds essentially to the main direction of movement. In embodiments with a hollow-cylindrical heating element, the agitator shaft is preferably arranged in the interior of the hollow-cylindrical coiled tubing, particularly preferably coaxially with the cylinder axis.
Die Rührerwelle kann mit bekannten Motoren und Getrieben angetrieben werden, beispielswei- se elektrisch oder pneumatisch. Durch die Auswahl der Rührelemente können die axialen und vertikalen Strömungsverhältnisse im und um das Heizelement eingestellt werden. Entsprechende Rührelemente, beispielsweise Blatt-, Scheiben-, Kreuzbalken-, Impeller-, Anker- oder Pro- pellerrührer, sind dem Fachmann bekannt. Die Rührelemente sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt, je nach Anwendungsfall haben sich auch emaillierte oder z.B. mit Teflon beschichtete Rührelemente bewährt, um einer Produktanhaftung entgegen zu wirken. Bevorzugt sind die Rührelemente verstellbar und/oder austauschbar an der Rührwelle befestigt. The agitator shaft can be driven by known motors and transmissions, for example electrically or pneumatically. By selecting the stirring elements, the axial and vertical flow conditions in and around the heating element can be adjusted. Corresponding stirring elements, for example blade, disc, crossbar, impeller, anchor or propeller stirrers, are known to the person skilled in the art. The stirring elements are preferably made of stainless steel, depending on the application, enamelled or e.g. Teflon-coated stirring elements proven to counteract product adhesion. Preferably, the stirring elements are adjustable and / or replaceable attached to the agitator shaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rührer derart angeordnet, dass er gemeinsam mit dem Heizelement in der Hauptbewegungsrichtung bewegbar ist. Dabei können beispielsweise Bauteile, in denen der Rührer gelagert ist, fest mit dem Heizelement oder der Halteeinrichtung verbunden sein. In a preferred embodiment, the stirrer is arranged such that it is movable together with the heating element in the main movement direction. In this case, for example, components in which the stirrer is mounted, be firmly connected to the heating element or the holding device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Heizelement und Rührer unabhängig voneinander in der Hauptbewegungsrichtung bewegbar angeordnet. Dabei können Bauteile, in de- nen der Rührer gelagert ist, derart mit dem Heizelement verbunden sein, dass der Rührer in Hauptbewegungsrichtung relativ zum Heizelement bewegbar ist. Vorzugsweise ist der Rührer jedoch an der Halteeinrichtung in Hauptbewegungsrichtung bewegbar befestigt. Besonders be- vorzugt ist eine Anordnung von Heizelement und Rührer, bei der sich der Rührer weiter in den Behälter bewegen als das Heizelement. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz eines Rührelements, das sich drehzahlabhängig aufspreizt und im aufgespreizten Zustand einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Heizelements. In a further preferred embodiment, the heating element and stirrer are arranged to be movable independently of one another in the main direction of movement. In this case, components in which the stirrer is mounted can be connected to the heating element in such a way that the stirrer can be moved in the main movement direction relative to the heating element. Preferably, however, the stirrer is movably mounted on the holding device in the main movement direction. Particularly Preferred is an arrangement of heating element and stirrer in which the stirrer move further into the container than the heating element. This allows, for example, the use of a stirring element which spreads depending on the speed and in the spread state has a larger diameter than the outer diameter of the heating element.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem Sensor oder mehreren Sensoren versehen sein, beispielsweise zur Erfassung der Temperatur, der Viskosität oder der Leitfähigkeit des verflüssigten Materials oder des Drehmoments der Rührerwelle. Aus einer Veränderung der Drehzahl des Rührers oder seines Drehmoments während des Betriebs kann auf Veränderun- gen der Schmelzeeigenschaften wie der Viskosität geschlossen werden. The device according to the invention may be provided with one or more sensors, for example for detecting the temperature, the viscosity or the conductivity of the liquefied material or the torque of the agitator shaft. From a change in the speed of the stirrer or its torque during operation can be concluded that changes in the melt properties such as the viscosity.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufschmelzen eines schmelzbaren Materials in einem Behälter, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: Another object of the invention is a method for melting a fusible material in a container having on its top an opening, by means of the device according to the invention, comprising the following steps:
- Aufsetzen des unteren Endes des Heizelements auf die Oberfläche des aufzuschmelzenden Materials durch die Öffnung im Behälter,  Placing the lower end of the heating element on the surface of the material to be melted through the opening in the container,
- Durchströmen des Heizelements mit dem Wärmeträgermedium,  Flow through the heating element with the heat transfer medium,
- Absinken des Heizelements in das Material mit fortschreitender Verflüssigung des Materials,  Sinking of the heating element into the material with progressive liquefaction of the material,
- Durchmischen bereits geschmolzenen Materials durch Rotation des Rührers.  - mixing already melted material by rotation of the stirrer.
Die Durchströmung des Heizelements mit dem Wärmeträgermedium muss nicht zwingend als zweiter Schritt durchgeführt werden, sie kann auch bereits begonnen werden, bevor das Heizelement auf die Oberfläche des aufzuschmelzenden Materials aufgesetzt wird. Die Durchströ- mung kann dauerhaft während des Aufschmelzprozesses oder intermittierend erfolgen. Die Schritte des Absinkens des Heizelements und der Durchmischung aufgrund der Rotation des Rührers können zeitlich nacheinander oder parallel zueinander durchgeführt werden. Sie können auch abwechselnd nacheinander durchgeführt werden. Das Wärmeträgermedium wird in Abhängigkeit von dem Schmelzbereich des zu schmelzenden Materials gewählt. Für einen großen Anwendungsbereich ist warmes bis heißes Wasser mit Vorlauftemperaturen von 60 bis 98°C geeignet. Erfordert der Schmelzbereich des zu schmelzenden Materials eine höhere Vorlauftemperatur, eignen sich überhitztes Wasser oder Wasser- Dampf-Gemische bis zu einer Temperatur von ca. 160°C und einem Druck von 4 bar. Für noch höhere Temperaturen empfiehlt sich eine reine Dampfbeheizung, wobei in den zuletzt genannten Fällen die Bauteile des Heizelements druckfest ausgeführt werden müssen. Selbstverständlich können je nach Verfügbarkeit und Anwendungsfall auch andere Wärmeträgermedien eingesetzt werden, beispielsweise Öle wie Marlothermöl. Diese sollten insbesondere dann verwendet werden, wenn Wasser aus Sicherheitsgründen nicht angebracht ist, z.B. wenn der Be- hälterinhalt im Falle einer Leckage mit Wasser heftig reagieren würde. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abkühlen eines geschmolzenen Materials in einem Behälter, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: The flow through the heating element with the heat transfer medium need not necessarily be performed as a second step, it can also be started before the heating element is placed on the surface of the material to be melted. The flow can take place permanently during the melting process or intermittently. The steps of decreasing the heating element and the mixing due to the rotation of the stirrer may be performed sequentially or in parallel with each other. They can also be performed alternately one after the other. The heat transfer medium is selected depending on the melting range of the material to be melted. For a wide range of applications, hot to hot water with flow temperatures of 60 to 98 ° C is suitable. If the melting range of the material to be melted requires a higher flow temperature, superheated water or water-steam mixtures are suitable up to a temperature of approx. 160 ° C and a pressure of 4 bar. For even higher temperatures, a pure steam heating is recommended, in which case the components of the heating element must be pressure-resistant. Of course, depending on availability and application, other heat transfer media may be used, for example, oils such as marlotherm oil. These should be used in particular if water is not installed for safety reasons, eg if the contents of the container were to react violently with water in the event of a leak. Another object of the invention is a method for cooling a molten material in a container having on its top an opening, by means of the device according to the invention, comprising the following steps:
- Einführen des Heizelements in das geschmolzene Material durch die Öffnung im Behälter, - Durchströmen des Heizelements mit einem kalten Wärmeträgermedium,  Introducing the heating element into the molten material through the opening in the container, flowing through the heating element with a cold heat transfer medium,
- nach Verfestigung des Materials kurzzeitige Erhöhung der Temperatur des Wärmeträgermediums zum Freischmelzen des Heizelements,  after solidification of the material, a brief increase in the temperature of the heat transfer medium for free melting of the heating element,
- Herausziehen des Heizelements aus dem freigeschmolzenen Bereich. Die Durchströmung des Heizelements mit dem kalten Wärmeträgermedium muss nicht zwingend als zweiter Schritt durchgeführt werden, sie kann auch bereits begonnen werden, bevor das Heizelement in das geschmolzene Material eingeführt wird. Die Durchströmung kann dauerhaft während des Aufschmelzprozesses oder intermittierend erfolgen. Das kalte Wärmeträgermedium wird in Abhängigkeit von dem Schmelzpunkt des zu kühlenden Materials ausgewählt. Geeignet sind beispielsweise Kaltwasser, Kühlwasser, Sole oder eine andere Substanz, wenn Wasser aus den oben bereits angesprochenen Sicherheitsgründen nicht in Frage kommt. Durch das Eintauchen des Heizelements in das geschmolzene Material kann dieses schnell und effizient abgekühlt und abhängig von seinem Schmelzpunkt gegebenenfalls bis zur Erstarrung gebracht werden. Im Falle eines erstarrten Materials kann das Heizelement kurzzeitig mit einem warmen oder heißen Wärmeträgermedium durchströmt werden, sodass sich das Material in seiner unmittelbaren Umgebung verflüssigt. Anschließend wird das freigeschmolzene Heiz- element aus dem Behälter entnommen und gegebenenfalls abtropfen gelassen. Das Verfahren zum Abkühlen eines geschmolzenen Materials wird vorteilhaft eingesetzt, wenn ein Endprodukt rasch abgekühlt oder verfestigt werden soll, beispielsweise um es schnell transportfertig zu machen oder eine Kristallisation des Materials zu unterbinden. Ferner ist es auch einsetzbar zum raschen Abkühlen von Flüssigkeiten aus der Nahrungsmittelindustrie, die gegebenenfalls warm anfallen oder auch kurzzeitig zum Zweck der Sterilisation erhitzt werden, beispielsweise Wein, Milch oder Fruchtsäfte.  - Pulling out of the heating element from the free melted area. The flow through the heating element with the cold heat transfer medium need not necessarily be carried out as a second step, it can also be started before the heating element is introduced into the molten material. The flow can take place permanently during the melting process or intermittently. The cold heat transfer medium is selected depending on the melting point of the material to be cooled. For example, cold water, cooling water, brine or another substance are suitable if water is out of the question for the safety reasons already mentioned above. By immersing the heating element in the molten material, it can be cooled quickly and efficiently and optionally solidified depending on its melting point. In the case of a solidified material, the heating element can be briefly flowed through with a hot or hot heat transfer medium, so that the material liquefies in its immediate vicinity. Subsequently, the free-melted heating element is removed from the container and allowed to drain if necessary. The method for cooling a molten material is advantageously used when a final product is to be rapidly cooled or solidified, for example, to make it ready for rapid transport or to prevent crystallization of the material. Furthermore, it can also be used for the rapid cooling of liquids from the food industry, which may be warm or heated for a short time for the purpose of sterilization, for example wine, milk or fruit juices.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren wird die Vorlauftempera- tur zu dem Heizelement auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt. Entsprechende Ther- mostate oder Einrichtungen zur Temperaturregelung sind dem Fachmann bekannt. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the flow temperature to the heating element is set to a predetermined temperature. Corresponding thermostats or devices for temperature control are known to the person skilled in the art.
Zum Schutz vor unerwünschten Reaktionen in dem Behälter, beispielsweise Oxidationen mit Luftsauerstoff, kann während der Durchführung der Verfahren ein Schutzgas in den Behälter geleitet werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Stickstoff. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Aufschmelzen und/oder Abkühlen von To protect against unwanted reactions in the container, for example, oxidations with atmospheric oxygen, a protective gas can be passed into the container during the implementation of the method. Preferably, this is nitrogen. The inventive method is particularly suitable for melting and / or cooling of
- festen Kohlenwasserstoffen oder Derivaten hiervon, beispielsweise Wachse und Paraffine, solid hydrocarbons or derivatives thereof, for example waxes and paraffins,
- Polyetherglykolen, abgeleitet von Polyethylen-, Polypropylen- oder Polybutylenglykolen oder Mischungen hiervon, die gegebenenfalls auch alkyliert vorliegen können, Polyether glycols derived from polyethylene, polypropylene or polybutylene glycols or mixtures thereof, which may optionally also be alkylated,
- Fetten oder festen Fett-Wasser-Emulsionen,  Fats or solid fat-water emulsions,
- festen Salzen, ionischen Flüssigkeiten, Metallen oder Legierungen,  solid salts, ionic liquids, metals or alloys,
- festen Mono-, Di- oder Polyisocyanaten, niedermolekularen Präpolymeren oder Siliconen, solid mono-, di- or polyisocyanates, low molecular weight prepolymers or silicones,
- festem Schwefel oder organischen Anhydriden wie Maleinsäureanhydrid oder Phthalsäuer- anhydrid. solid sulfur or organic anhydrides such as maleic anhydride or phthalic anhydride.
Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich für verschiedene Transportbehälter, insbesondere für Fässer, Transportcontainer, Bahnwaggons, Straßencontainer und Straßentankzüge. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Einsatz kommen. The inventive methods are suitable for various transport containers, especially for barrels, transport containers, railway cars, road containers and road tankers. Depending on the application, several devices according to the invention can also be used.
Die Erfindung ermöglicht das schonende Aufschmelzen und Temperieren des Inhalts eines Transportbehälters durch den direkten Kontakt eines temperierten Heizelements mit dem aufzuschmelzenden Material in dem Behälter. Durch die Erzeugung einer Strömung in der Schmelze durch Rühren während des Wärmeeintrags in die Schmelze wird der Behälterinhalt zusätzlich homogen durchmischt, und die Dauer des Aufschmelzvorgangs verringert sich erheblich im Vergleich zu bekannten Verfahren. Dadurch werden auch potenziell schädliche Nebeneffekte des Aufschmelzvorgangs wie eine thermische Schädigung des Materials oder unerwünschte Reaktionen in dem Behälter deutlich minimiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach im Aufbau und lässt sich flexibel einsetzen. The invention enables the gentle melting and tempering of the contents of a transport container by the direct contact of a tempered heating element with the material to be melted in the container. By generating a flow in the melt by stirring during the heat input into the melt, the container contents are additionally mixed homogeneously, and the duration of the melting process is reduced considerably in comparison with known methods. This also significantly minimizes potentially harmful side effects of the melting process, such as thermal damage to the material or undesired reactions in the container. The device according to the invention is simple in construction and can be used flexibly.
Anhand der Zeichnungen wird im Folgenden die Erfindung weiter erläutert, wobei die Zeichnungen als Prinzipdarstellungen zu verstehen sind. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Ausgestaltungsvarianten von Bauteilen dar. Der besseren Darstellbarkeit halber sind sie insbesondere im Hinblick auf Längen- und Breitenverhältnisse in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen: With reference to the drawings, the invention will be further explained in the following, the drawings being to be understood as schematic representations. They do not constitute a limitation of the invention, for example with regard to specific dimensions or design variants of components. For better representability, they are generally not to scale, in particular with regard to length and width ratios. Show it:
Fig. 1 : Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Doppelwendel als Heizelement Fig. 1: embodiment of a device according to the invention with double helix as a heating element
Fig. 2: Detailausschnitt aus Fig. 1  2: detail of FIG. 1
Fig. 3: Beispiel zum Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kontinuierlichen  Fig. 3: Example of the use of a device according to the invention for continuous
Schmelzen von Feststoff-Flakes  Melting of solid flakes
Fig. 4: Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz in Fässern Liste der verwendeten Bezugszeichen Fig. 4: embodiment of a device according to the invention for use in barrels List of reference numbers used
10 . . Heizelement 10. , heating element
1 1 . . Zulauföffnung  1 1. , inlet opening
12 . . Ablauföffnung  12. , drain hole
13 . . Zulaufleitung  13. , supply line
14 . . Ablaufleitung  14. , drain line
15 . . Rohrwendel  15. , coiled tubing
16 . . Verstärkungselement  16. , reinforcing element
20 . . Halteeinrichtung  20. , holder
21 . . Führungsstange  21. , guide rod
22 . . Führungsmuffe  22. , guide sleeve
23 . . Endanschlag  23. , end stop
30 . . Rührer  30. , stirrer
31 . . Rührerwelle  31. , agitator shaft
32 . . Rührelement  32. , stirrer
33 . . Motor  33. , engine
40 . . Behälter  40. , container
41 . . isolierte Behälterwand  41. , insulated container wall
42 . . Drahtsieb  42. , wire mesh
43 . . Einfülltrichter  43. , hopper
44 . . Auslass für Schmelze  44. , Outlet for melt
45 . . Feststoff-Flakes  45. , Solid flakes
46 . . Schmelze  46. , melt
47 . . Gaseinlass  47. , gas inlet
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das Heizelement 10 ist rohrförmig als Doppelwendel 15 ausgebildet, die eine hohlzylindrische Kontur aufweist. Die beiden Teilwendel haben den gleichen Außendurchmesser des Hohlzylin- ders und verlaufen in axialer Richtung ineinander. Der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohrabschnitten beträgt abwechselnd 0% und 200% des Rohraußendurchmessers, das heißt an einer axialen Fläche berühren sich die Teilwendel, die anderen Flächen weisen einen axialen Abstand auf, der dem doppelten Rohraußendurchmesser entspricht. An ihrem jeweiligen einen Ende, in der Fig. 1 dem unteren Ende, sind die Teilwendel miteinander verbunden. Mit ihrem jeweiligen anderen Ende münden die Teilwendel in die Zulauföffnung 1 1 beziehungsweise in die Ablauföffnung 12. Die Zulauföffnung 1 1 und die Ablauföffnung 12 befinden sich auf der Stirnseite des Hohlzylinders, die beim Ein- und Ausfahren dem Behälter abgewandt ist. Zur Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium sind die beiden Öffnungen mit einer Zulaufleitung 13 und einer Ablaufleitung 14 verbunden. Zur Verstärkung der Hohlzylinderstruktur gegen ein radiales Durchbiegen sind in dem dargestellten Beispiel drei bandförmige Verstärkungselemente 16 vorgesehen, die axial auf der Außenseite der Doppelwendel verlaufen und zumindest mit einigen Rohrabschnitten fest verbunden, z.B. verschweißt oder verlötet, sind. Die Halteeinrichtung 20 umfasst zwei Führungsstangen 21 , auf denen eine Führungsmuffe 22 gleitend gelagert ist. Um ein Herausgleiten der Führungsmuffe 22 aus den Führungsstangen 21 zu verhindern, sind diese an ihren unteren Enden jeweils mit einem Endanschlag 23 versehen. Vorzugsweise ist der Endanschlag 23 entlang der Führungsstangen 21 variabel einstellbar, um die Einsinktiefe des Heizelements 10 in einem Behälter begrenzen zu können. Die Führungsmuffe 22 ist mit dem Zulauf- und dem Ablaufrohr der Doppelwendel 15 verbunden. In Fig. 1, a preferred embodiment of a device according to the invention is shown. The heating element 10 is tubular in shape as a double helix 15, which has a hollow cylindrical contour. The two part coils have the same outer diameter of the hollow cylinder and run into one another in the axial direction. The axial distance between adjacent pipe sections is alternately 0% and 200% of the tube outer diameter, that is, on one axial surface, the part of the coil touch, the other surfaces have an axial distance corresponding to twice the tube outer diameter. At their respective one end, in Fig. 1 the lower end, the part coil are connected together. With their respective other end open the partial coil in the inlet opening 1 1 and in the drain opening 12. The inlet opening 1 1 and the drain opening 12 are located on the end face of the hollow cylinder, which faces away from the container during retraction and extension. For flow through a heat transfer medium, the two openings with a supply line 13 and a drain line 14 are connected. In order to reinforce the hollow cylinder structure against radial deflection, three band-shaped reinforcing elements 16 are provided in the illustrated example, which extend axially on the outside of the double helix and are firmly connected, eg welded or soldered, to at least some pipe sections. The holding device 20 comprises two guide rods 21, on which a guide sleeve 22 is slidably mounted. In order to prevent the guide sleeve 22 from sliding out of the guide rods 21, these are each provided with an end stop 23 at their lower ends. Preferably, the end stop 23 along the guide rods 21 is variably adjustable in order to limit the sinking depth of the heating element 10 in a container can. The guide sleeve 22 is connected to the inlet and the discharge pipe of the double helix 15.
Die Halteeinrichtung 20 kann ortsfest angebracht sein, beispielsweise an einer Wand, einer Decke oder einem freistehenden Gerüst, oder sie kann mobil eingesetzt werden, beispielsweise mit ihrem unteren Ende auf einen Transportbehälter aufgesetzt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einer ortsfesten Halterung ist die Halteeinrichtung fest mit einer Wand verbunden. Der zu behandelnde Transportbehälter wird unter die Halteeinrichtung gestellt. Das Heizelement und der Rührer lassen sich an der Halteeinrichtung in Hauptbewegungsrichtung vertikal nach unten durch die Öffnung in der Oberseite des Transportbehälters auf das zu schmelzende Material aufsetzen. Vorzugsweise werden Heizelement und Rührer über einen manuell oder elektrisch betriebenen Seilzug bewegt. The holding device 20 may be fixedly mounted, for example on a wall, a ceiling or a free-standing scaffolding, or it may be used on mobile, for example, placed with its lower end on a transport container. In an advantageous embodiment with a stationary holder, the holding device is firmly connected to a wall. The transport container to be treated is placed under the holding device. The heating element and the stirrer can be placed on the holding device in the main direction of movement vertically down through the opening in the top of the transport container on the material to be melted. Preferably, heating element and stirrer are moved via a manually or electrically operated cable pull.
Im Innenraum der hohlzylindrischen Doppelwendel 15 ist koaxial ein Rührer 30 angeordnet. Er umfasst eine Rührerwelle 31 und in diesem Beispiel drei daran befestigte Rührelemente 32. Die Fig. 2 zeigt das untere Ende der Vorrichtung aus Fig. 1 als Detailausschnitt. Aus dieser Abbildung sind die Rührerwelle 31 und daran befestigte Rührelemente 32 deutlicher erkennbar. In den Abbildungen nicht dargestellt ist die Lagerung der Rührerwelle 31. Sie kann unabhängig von der Lagerung des Heizelements erfolgen, um eine axiale Relativbewegung zwischen Heizelement 10 und Rührer 30 zu ermöglichen. Die axiale Relativbewegung ermöglicht es, den Rührer weiter in den Behälter zu bewegen als das Heizelement. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz eines Rührelements, das sich drehzahlabhängig aufspreizt und im aufgespreizten Zustand einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Heizelements. Um den Inhalt eines Transportbehälters, beispielsweise eines IBC, zu verflüssigen, wird die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit ihrer Halteeinrichtung 20 auf die Öffnung in der Oberseite des Behälters aufgesetzt. Das Heizelement 10 wird auf den festen Inhalt des Behälters aufgesetzt und in Betrieb genommen, indem es mit einem warmen oder heißen Wärmeträgermedium durchströmt wird, z.B. mit heißem Wasser. Das Material in unmittelbarer Umgebung der Rohr- wendel 15 beginnt zu schmelzen, woraufhin das Heizelement 10 aufgrund seines Eigengewichts oder geführt nach unten in die Schmelze eintaucht. Der Rührer 30 im Inneren des Heizelements 10 wird ebenfalls in die entstehende Schmelze eingetaucht. Sobald sich eines oder mehrere der Rührelemente 32 in der Schmelze befinden, wird der Rührer eingeschaltet. Durch die dadurch in der Schmelze hervorgerufene Strömung wird der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträgermedium und dem zu schmelzenden Material signifikant verbessert. Zudem wird die Schmelze auf diese Weise homogenisiert. Nach einiger Zeit ist der Behälterinhalt komplett geschmolzen und homogen vermischt. Der Rührer 30 wird abgeschaltet, das Heizelement 20 aus dem Behälter entnommen und abtropfen gelassen. Dem Transportbehälter kann nun eine gewünschte Menge an flüssigem, homogen vermischtem Material entnommen werden. In the interior of the hollow cylindrical double helix 15, a stirrer 30 is coaxially arranged. It comprises a stirrer shaft 31 and, in this example, three stirring elements 32 attached thereto. FIG. 2 shows the lower end of the device from FIG. 1 as a detailed detail. From this figure, the agitator shaft 31 and attached stirring elements 32 are more clearly visible. The bearing of the agitator shaft 31 is not shown in the figures. It can be carried out independently of the bearing of the heating element, in order to allow an axial relative movement between heating element 10 and agitator 30. The axial relative movement makes it possible to move the stirrer further into the container than the heating element. This allows, for example, the use of a stirring element which spreads depending on the speed and in the spread state has a larger diameter than the outer diameter of the heating element. In order to liquefy the contents of a transport container, for example an IBC, the device according to FIG. 1 is placed with its holding device 20 on the opening in the upper side of the container. The heating element 10 is placed on the solid content of the container and put into operation by flowing through it with a warm or hot heat transfer medium, for example, with hot water. The material in the immediate vicinity of the tubular coil 15 begins to melt, whereupon the heating element 10 is immersed in the melt due to its own weight or guided downwards. The stirrer 30 inside the heating element 10 is also immersed in the resulting melt. As soon as one or more of the stirring elements 32 are in the melt, the stirrer is switched on. As a result of the flow thus caused in the melt, the heat transfer between the heat transfer medium and the material to be melted is significantly improved. In addition, the melt is homogenized in this way. After some time, the container contents are completely melted and homogeneously mixed. The stirrer 30 is switched off, the heating element 20 removed from the container and allowed to drain. The transport container can now be removed a desired amount of liquid, homogeneously mixed material.
Erfahrungsgemäß wird nur ein kleiner Teil der durch das Wärmeträgermedium eingebrachten Energie zum Schmelzen des festen Materials benötigt. Es lassen sich daher auch mehrere Vorrichtungen in Reihe oder parallel schalten und energie- sowie kosteneffizient betreiben. Vorteilhaft kann auch eine Regelung vorgesehen werden, die den Aufschmelzvorgang optimiert, indem der Energieeintrag dann erhöht wird, wenn genügend Schmelze vorliegt, um die thermische Energie aufzunehmen. Eine bevorzugte Regelungsstrategie sieht beispielsweise vor, zu- nächst mit geringem Energieeintrag das Material anzuschmelzen, bis die Heizelemente auf einer vorgegebenen Länge eingesunken sind, und anschließend die Temperatur des Wärmeträgermediums und/oder den Durchfluss an Wärmeträgermedium zu erhöhen. Experience has shown that only a small part of the energy introduced by the heat transfer medium is needed to melt the solid material. It is therefore also possible to connect several devices in series or in parallel and to operate them in an energy-efficient and cost-efficient manner. Advantageously, a scheme can be provided which optimizes the melting process by the energy input is then increased when there is enough melt to absorb the thermal energy. A preferred control strategy provides, for example, first to melt the material with little energy input until the heating elements have sunk to a predetermined length, and then to increase the temperature of the heat transfer medium and / or the flow of heat transfer medium.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden drei bis fünf erfindungsgemäße Vorrichtungen auf Seiten des Wärmeträgermediums zusammengeschaltet, das Wärmeträgermedium im Kreis gepumpt und die zum Eintrag in die Schmelze erforderliche Energie kontinuierlich in den Kreis eingebracht, z.B. durch einen Wärmetauscher oder einen Zufluss an Wärmeträgermedium mit einer höheren Temperatur, als sie im Kreislaufstrom vorliegt. Hierbei lässt sich beispielsweise vorteilhaft heißes Kondensat aus einer verfahrenstechnischen Anlage verwenden. In a preferred embodiment, three to five devices according to the invention are interconnected on the side of the heat transfer medium, the heat transfer medium is pumped in a circle and the energy required for introduction into the melt is continuously introduced into the circuit, e.g. by a heat exchanger or an inflow of heat transfer medium at a higher temperature than present in the circulation stream. For example, it is advantageously possible to use hot condensate from a process plant.
Neben der diskontinuierlichen Verwendung zum Verflüssigen von festen Behälterinhalten lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch kontinuierliche verwenden. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem kontinuierlichen Verfahren zum Schmelzen von Feststoff-Flakes. Dargestellt ist als Prinzipskizze ein Längsschnitt durch einen Behälter 40, der einen oberen zylindrischen Teil und einen sich daran nach unten anschließenden konischen Teil umfasst. Die Behälterwand 41 ist vorzugsweise wärmeisoliert ausgeführt. Im Deckel des Behälters befindet sich ein Einfülltrichter 43 für Feststoff-Flakes 45, der mit einer Verschlussklappe zur Dosierung der Flakes ausgestattet ist. Am unteren Ende des konischen Teils befindet sich ein Auslass 44 für die Schmelze 46. Am Übergang vom zylindri- sehen zum konischen Teil ist ein Drahtsieb 42 angebracht, dessen Maschenweite derart bemessen ist, dass lediglich die Schmelze in den konischen Teil fließen kann, und gegebenenfalls noch in der Schmelze befindliche Flakes zurückgehalten werden. In addition to the discontinuous use for liquefying solid container contents, the device according to the invention can also be used continuously. 3 shows an example of the use of a device according to the invention in a continuous process for melting solid flakes. Shown is a schematic diagram of a longitudinal section through a container 40, which comprises an upper cylindrical part and a downwardly adjoining conical part. The container wall 41 is preferably made thermally insulated. In the lid of the container is a hopper 43 for solid flakes 45, which is equipped with a flap for dosing the flakes. At the lower end of the conical part there is an outlet 44 for the melt 46. At the transition from the cylindrical see to the conical part, a wire screen 42 is mounted, the mesh size is such that only the melt can flow into the conical part, and optionally still in the melt located flakes are retained.
In einer weiteren Öffnung im Deckel ist die Halteeinrichtung 20 einer erfindungsgemäßen Vor- richtung befestigt. Deren Aufbau entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten. Lediglich die Halteeinrichtung 20 ist modifiziert. Das Zulaufrohr und das Ablaufrohr sind an je einer Führungsstange befestigt. Die beiden Führungsstangen sind in zwei Muffen gleitend gelagert, die über die Halteeinrichtung 20 ortsfest mit dem Behälterdeckel verbunden sind. Länge und Position der Elemente der Halteeinrichtung sind so gewählt, dass sich das untere Ende der Vor- richtung im vollständig eingesunkenen Zustand knapp oberhalb des Drahtsiebes 42 befindet. Das Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Feststoff-Flakes kann beispielsweise wie folgt ablaufen: Zunächst werden portionsweise Flakes 45 in das Behälterinnere gefüllt, bis sie ausgehend vom Drahtsieb 42 eine Höhe erreicht haben, dass sie mit dem Heizelement 10 in Berührung kommen. Das Heizelement 10 wird in Betrieb genommen und mit Heißwasser als Wärmeträgermedium durchströmt. Die Schmelze 46 sammelt sich im unteren, konischen Teil des Behälters, während durch den Einfülltrichter 43 kontinuierlich Flakes nachgefüllt werden. Sobald ca. die Hälfte des Behälters mit Schmelze gefüllt ist, wird ein kontinuierlicher Schmelze- austrag durch den Auslass 44 begonnen. Während der Flakes-Zufuhr wird über einen Gasein- lass 47 Stickstoff als Schutzgas zugegeben. In a further opening in the lid, the holding device 20 of a device according to the invention is attached. Their construction corresponds essentially to that shown in FIG. Only the holding device 20 is modified. The inlet pipe and the drain pipe are attached to a respective guide rod. The two guide rods are slidably mounted in two sleeves, which are connected via the holding device 20 fixed to the container lid. The length and position of the elements of the holding device are selected such that the lower end of the device is in the completely sunken state just above the wire screen 42. The process for the continuous melting of solid flakes can be carried out, for example, as follows: First, portions of flakes 45 are filled into the container interior until they have reached a height starting from the wire screen 42 so that they come into contact with the heating element 10. The heating element 10 is put into operation and flows through with hot water as the heat transfer medium. The melt 46 collects in the lower, conical part of the container, while continuously refilled through the hopper 43 flakes. As soon as approximately half of the container is filled with melt, a continuous melt discharge through the outlet 44 is started. During the flake supply, nitrogen is added via a gas inlet 47 as protective gas.
Dieses Schmelzverfahren kann vorteilhaft angewandt werden, um eine nachgeschaltete Anlage kontinuierlich mit einem geschmolzenen Einsatzstoff zu versorgen, z.B. eine der oben genannten Substanzen. Für ein Polyethylenglykol (PEG 6000, Schmelzbereich ca. 45°C bis 60°C) beispielsweise ist ein Heizelement mit einem Verhältnis von Länge zu Außendurchmesser von 1 ,5 geeignet, wenn es mit Heißwasser von ca. 80°C betrieben wird. Zum Schutz vor einer Oxidati- onsreaktion wird Stickstoff mit einem Volumenstrom von 80 Liter pro Minute dem Behälter zugeführt. This melting process can be advantageously used to continuously supply a downstream plant with a molten feedstock, e.g. one of the above substances. For a polyethylene glycol (PEG 6000, melting range about 45 ° C to 60 ° C), for example, a heating element with a ratio of length to outer diameter of 1, 5 is suitable when it is operated with hot water of about 80 ° C. Nitrogen is supplied to the vessel at a rate of 80 liters per minute to protect it from oxidation.
Beispiele Examples
Bei den nachfolgend beschriebenen Beispielen 1 bis 4 wurde eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt, die im Prinzip der in Fig. 1 dargestellten entsprach. Das Heizelement war aus einem Edelstahlrohr gefertigt mit einer Wandstärke von 1 ,5 mm und ei- nem Innendurchmesser von 9 mm. Das Heizelement umfasste eine Doppelwendel mit einem Außendurchmesser des Hohlzylinders von 13,5 cm und einer Länge der Doppelwendel von 72 cm. Der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohrabschnitten betrug 200% des Rohraußendurchmessers. Der Rührer wurde pneumatisch angetrieben und war drehzahlgeregelt. Auf der Rührerwelle waren drei Propellerrührer als Rührelemente im Abstand von jeweils 20 cm ange- ordnet. Die Außendurchmesser der Propellerrührer betrugen ca. 8 cm. In the examples 1 to 4 described below, an embodiment of the device according to the invention was used, which corresponded in principle to that shown in Fig. 1. The heating element was made of a stainless steel tube with a wall thickness of 1, 5 mm and an inner diameter of 9 mm. The heating element comprised a double helix with an outer diameter of the hollow cylinder of 13.5 cm and a length of the double helix of 72 cm. The axial distance between adjacent pipe sections was 200% of the pipe outside diameter. The stirrer was pneumatically driven and was speed controlled. On the agitator shaft, three propeller stirrers were arranged as stirring elements at a distance of 20 cm each. The outer diameter of the propeller stirrer was about 8 cm.
Beispiel 1 Ein IBC war mit 750 kg n-Octadecan (Schmelzpunkt 28°C) gefüllt. Die Masse lag als homogener Feststoffblock in dem Container vor. Der IBC wurde oben geöffnet, und das untere Ende der Halteeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Rand der Öffnung aufgesetzt. Das Heizelement war in vertikaler Richtung bewegbar und wurde mit seinem unteren Ende auf die Feststoffmasse aufgesetzt. Zur Erwärmung des Feststoffes wurde das Heizelement mit hei- ßem Wasser als Wärmeträgermedium durchströmt. Das Wasser wurde aus einem Kondensatbehälter gravimetrisch mit einer Vorlauftemperatur von ca. 80°C und einem Volumenstrom von ca. 5 l/min in das Heizelement geleitet. Das aus dem Auslass des Heizelements austretende Wasser wurde verworfen. Nach etwa 60 Minuten war das Heizelement über die komplette Länge der Rohrwendel in den Feststoff eingeschmolzen, woraufhin der Rührer eingeschaltet wurde mit einer Drehgeschwindigkeit von ca. 200 U/min. Nach insgesamt 12 Stunden war der gesamte Inhalt des Containers aufgeschmolzen und homogen durchmischt. Example 1 An IBC was filled with 750 kg of n-octadecane (melting point 28 ° C). The mass was present as a homogeneous solid block in the container. The IBC was opened at the top and the lower end of the holding device of the device according to the invention was placed on the edge of the opening. The heating element was movable in the vertical direction and was placed with its lower end on the solid mass. To heat the solid, the heating element was flowed through with hot water as the heat transfer medium. The water was passed gravimetrically from a condensate tank with a flow temperature of about 80 ° C and a flow rate of about 5 l / min in the heating element. The exiting from the outlet of the heating element Water was discarded. After about 60 minutes, the heating element had melted into the solid over the entire length of the coiled tubing, whereupon the stirrer was switched on at a speed of about 200 rpm. After a total of 12 hours, the entire contents of the container was melted and homogeneously mixed.
Das Heizelement wurde aus dem IBC heraus gezogen und abtropfen gelassen. Nach zwei Minuten war es hinreichend sauber, um auf den nächsten Container aufgesetzt zu werden. In der Zwischenzeit wurden eine beheizbare Förderpumpe und eine begleitbeheizte Leitung am Bodenhahn des IBCs angeschlossen und der Container zur weiteren Verwendung des Materials leergepumpt. The heater was pulled out of the IBC and allowed to drain. After two minutes it was sufficiently clean to be put on the next container. In the meantime, a heated feed pump and a trace-heated pipe were connected to the bottom cock of the IBC and the container was pumped out for further use of the material.
Vergleichsbeispiel 1 Comparative Example 1
Ein zu Beispiel 1 vergleichbarer IBC wurde in einen Wärmeschrank (Fa. Conthermo, 50 m2 Heizfläche, 4 bar dampfbeheizt) mit einem temperierten Raumvolumen von 2,3 m3 und einer eingestellten Raumtemperatur von 70°C eingebracht und der Deckel des IBC zum Druckausgleich ausreichend gelockert. Der Aufschmelzvorgang wurde alle zwei Stunden visuell auf Fortschritt überprüft. Erst nach 63 Stunden im Wärmeschrank wurde ein vollständiges Aufschmelzen des Inhalts festgestellt. Der Container wurde aus dem Wärmeschrank entnommen und sein Inhalt weiterverarbeitet. An IBC comparable to Example 1 was placed in a heating cabinet (Fa. Conthermo, 50 m 2 heating surface, 4 bar steam-heated) with a tempered volume volume of 2.3 m 3 and a set room temperature of 70 ° C and the lid of the IBC for pressure equalization sufficiently relaxed. The reflow process was visually checked for progress every two hours. Only after 63 hours in the oven, a complete melting of the contents was found. The container was removed from the oven and its contents further processed.
Beispiel 2 Die Versuchsanordnung entsprach der in Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass der IBC mit 750 kg der Wachsmischung LINPAR® 18-20 (Lieferant Fa. Sasol) gefüllt war. Die Wachsmischung besteht hauptsächlich aus n-Alkanen der Kettenlänge C17 bis C19 und hat einen Schmelzpunkt von ca. 30°C). Nach ca. 15 Minuten war die Rohrwendel über ihre gesamte Länge in die Wachsmischung eingeschmolzen, woraufhin der Rührer eingeschaltet wurde. Nach insgesamt sechseinhalb Stunden war der gesamte Inhalt des Containers aufgeschmolzen, und eine Teilmenge von 145 kg wurde entnommen. Example 2 The experimental set-up was the same as in Example 1, except that the IBC was filled with 750 kg of the wax mixture LINPAR® 18-20 (supplied by Sasol). The wax mixture consists mainly of n-alkanes of chain length C17 to C19 and has a melting point of about 30 ° C). After about 15 minutes, the coiled tubing was melted over its entire length in the wax mixture, whereupon the stirrer was turned on. After a total of six and a half hours, the entire contents of the container were melted and a subset of 145 kg was removed.
Vergleichsbeispiel 2 Unter denselben Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Wachsmischung LINPAR® 18-20 in einem IBC in einen Wärmeschrank gestellt. Nach 33 Stunden war die Mischung komplett aufgeschmolzen, und der IBC wurde dem Wärmeschrank entnommen. Mit einem aufgesetzten Rührer wurde der Inhalt des IBC für die Dauer von 10 Minuten homogenisiert, bevor eine Teilmenge von 145 kg der Wachsmischung entnommen werden konnte. Beispiel 3 Comparative Example 2 Under the same conditions as in Comparative Example 1, a wax compound LINPAR® 18-20 in an IBC was placed in a heating cabinet. After 33 hours, the mixture was completely melted and the IBC was removed from the oven. With an attached stirrer, the contents of the IBC were homogenized for a period of 10 minutes before a subset of 145 kg of the wax mixture could be removed. Example 3
Die Versuchsanordnung entsprach der in Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass der IBC mit 750 kg eines Gemisches gesättigter n-paraffi nischer Kohlenwasserstoffe (Schmelzbereich ca. 27°C bis 31 °C) gefüllt war. Nach ca. 30 Minuten war die Rohrwendel über ihre gesamte Länge in das Gemisch eingeschmolzen, woraufhin der Rührer eingeschaltet wurde. Der gesamte Aufschmelzvorgang des kompletten IBC-Inhalts dauerte 8 Stunden. Nach dem Aufschmelzen konnte eine Teilmenge aus dem IBC entnommen werden. Vergleichsbeispiel 3a The experimental setup corresponded to that in Example 1 with the difference that the IBC was filled with 750 kg of a mixture of saturated n-paraffinic hydrocarbons (melting range about 27 ° C to 31 ° C). After about 30 minutes, the coiled tubing was melted into the mixture over its entire length, whereupon the stirrer was switched on. The entire reflow process of the complete IBC content took 8 hours. After melting, a partial amount could be taken from the IBC. Comparative Example 3a
Unter denselben Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Gemisch gemäß Beispiel 3 in einem IBC in einen Wärmeschrank gestellt. Nach 37 Stunden war die Mischung komplett aufgeschmolzen, und der IBC wurde dem Wärmeschrank entnommen. Mit einem aufgesetzten Rührer wurde der Inhalt des IBC für die Dauer von 30 Minuten homogenisiert, bevor eine Teilmenge des Gemischs entnommen werden konnte. Under the same conditions as in Comparative Example 1, a mixture according to Example 3 in an IBC was placed in a heating cabinet. After 37 hours, the mixture was completely melted and the IBC was removed from the oven. With an attached stirrer, the contents of the IBC were homogenized for 30 minutes before a subset of the mixture could be withdrawn.
Vergleichsbeispiel 3b Ein IBC gemäß Beispiel 3 wurde mit einem kommerziell verfügbaren, elektrisch betriebenen Heizband umwickelt und erhitzt. Nach einer Woche Beheizung war der Inhalt immer noch nicht aufgeschmolzen und der Versuch wurde abgebrochen. Comparative Example 3b An IBC according to Example 3 was wrapped with a commercially available, electrically operated heating tape and heated. After one week of heating, the contents had still not melted and the attempt was stopped.
Beispiel 4 Example 4
Ein Spannringfass mit einem Fassungsvermögen von 200 Litern war mit 210 kg eines festen Emulgators (Schmelzpunkt ca. 26°C) gefüllt. Der Hauptbestandteil des Emulgators war p-Octylphenolethoxilat mit ca. 25 mol EO. Die Masse lag als homogener Feststoffblock in dem Fass vor. Der Fassdeckel wurde abgenommen, und das untere Ende der Halteeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Rand der Öffnung aufgesetzt. Alle weiteren Verfahrensschritte entsprachen den im Beispiel 1 beschriebenen, wobei als Wärmeträgermedium Wasser mit einer Vorlauftemperatur von 67°C eingesetzt wurde. Der Rührer wurde ca. eine Stunde nach Beginn des Schmelzvorgangs eingeschaltet. Nach 14 Stunden war der gesamte Inhalt des Fasses aufgeschmolzen, und die Schmelze konnte zum Verdünnen in einen Reaktionsbehälter mit vorgelegtem heißem Wasser gepumpt werden. A clamping ring drum with a capacity of 200 liters was filled with 210 kg of a solid emulsifier (melting point about 26 ° C). The main constituent of the emulsifier was p-octylphenol ethoxylate with about 25 moles of EO. The mass was present as a homogeneous solid block in the barrel. The drum cover was removed, and placed the lower end of the holding device of the device according to the invention on the edge of the opening. All further process steps corresponded to those described in Example 1, wherein water was used with a flow temperature of 67 ° C as the heat transfer medium. The stirrer was switched on about one hour after the beginning of the melting process. After 14 hours, all of the contents of the keg had melted and the melt could be pumped to dilute it into a reaction vessel containing hot water.
Vergleichsbeispiel 4a Unter denselben Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Fass mit Emulgator gemäß Beispiel 4 in einen Wärmeschrank gestellt. Nach 67 Stunden war der Fassinhalt komplett aufgeschmolzen. Vergleichsbeispiel 4b Comparative Example 4a Under the same conditions as in Comparative Example 1, a barrel with emulsifier according to Example 4 was placed in a heating cabinet. After 67 hours, the drum contents were completely melted. Comparative Example 4b
In ein Becken mit den Abmessungen 4 x 3 x 2 Meter (Länge x Breite x Tiefe), das mit 15 m3 Wasser gefüllt war, wurden vier Paletten mit jeweils vier Fässern gemäß Beispiel 4 verschlossen eingebracht und vollständig untergetaucht. In das Becken wurde zwei Tage lang ein konstanter Dampfstrom eingeleitet, wodurch sich das Wasser aufheizte und sich der Fassinhalt kontinuierlich erwärmte. Erfahrungsgemäß ist nach zwei Tagen Lagerung der Fassinhalt komplett durchgeschmolzen. Dieses übliche Verfahren ist aufwändig und sehr energieintensiv. Zu- dem ist eine Beprobung oder Kontrolle des Aufschmelzvorgangs nur möglich, wenn eine komplette Palette geborgen wird. Als nachteilig hat sich auch erwiesen, dass die Fässer durch diese Behandlung sehr bald zu rosten beginnen. In a basin with the dimensions 4 x 3 x 2 meters (length x width x depth), which was filled with 15 m 3 of water, four pallets were introduced closed with four barrels according to Example 4 and completely submerged. A constant stream of steam was introduced into the basin for two days, heating up the water and continuously heating the contents of the drum. Experience has shown that after two days of storage the drum contents are completely melted. This usual procedure is complex and very energy intensive. In addition, sampling or control of the reflow process is only possible if a complete pallet is recovered. It has also proven to be disadvantageous that the barrels begin to rust very soon as a result of this treatment.
Beispiel 5 Example 5
Bei den beiden nachfolgend beschriebenen Beispielen wurde eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt, die im Prinzip der in Fig. 4 dargestellten entsprach. Das Heizelement 10 war aus einem Edelstahlrohr gefertigt mit einer Wandstärke von 1 ,5 mm und einem Innendurchmesser von 9 mm. Das Heizelement umfasste eine einfache Rohrwendel 15 mit einem Außendurchmesser des Hohlzylinders von 40 cm und einer Länge der Rohrwendel von 60 cm. Der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohrabschnitten betrug 100% des Rohraußendurchmessers. Das obere Ende der Rohrwendel 15 mündete in die Zulauföffnung 1 1. Das untere Ende der Rohrwendel 15 wurde als gerades Rohrstück auf der Innenseite des Hohlzylinders nach oben geführt und mündete in die Ablauföffnung 12. Zur Verstärkung der Hohlzylinderstruktur gegen ein radiales Durchbiegen waren vier bandförmige Verstärkungselemente 16 vorgesehen, die axial auf der Außenseite der Rohrwendel verlaufen und zumindest mit einigen Rohrabschnitten fest verbunden waren. Das Heizelement wurde im Hinblick auf ein Aufschmelzen von Material in Fässern konzipiert. Der Durchmesser des Hohlzylinders wurde so gewählt, dass im Querschnitt senkrecht zur Hohlzylinderachse betrachtet der Flächeninhalt des Kreises innerhalb des Hohlzylinders im Wesentlichen dem Flächeninhalt des Kreisrings zwischen Hohlzylinder und Fassinnenwand entspricht. Die nachfolgend dargelegten Versuchsergebnisse wurden mit dem Heizelement oh- ne Einsatz eines Rührers erhalten. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren zum Aufschmelzen des Materials in den Fässern konnten bereits mit dem Heizelement alleine deutlich kürzere Zeiten erreicht werden. Beim Einsatz eines Rührers sind aufgrund der besseren Durchmischung nochmals verringerte Zeitspannen für den Aufschmelzvorgang zu erwarten. Beispiel 5a In the two examples described below, an embodiment of the device according to the invention was used, which corresponded in principle to that shown in Fig. 4. The heating element 10 was made of a stainless steel tube with a wall thickness of 1, 5 mm and an inner diameter of 9 mm. The heating element comprised a simple tube coil 15 with an outer diameter of the hollow cylinder of 40 cm and a length of the coiled tubing of 60 cm. The axial distance between adjacent pipe sections was 100% of the pipe outside diameter. The upper end of the tube coil 15 led into the inlet opening 1 1. The lower end of the tube coil 15 was guided as a straight piece of pipe on the inside of the hollow cylinder upwards and led into the discharge opening 12. To reinforce the hollow cylinder structure against radial bending were four band-shaped reinforcing elements 16 provided, which extend axially on the outside of the coiled tubing and were firmly connected at least with some pipe sections. The heating element was designed with a view to melting material in barrels. The diameter of the hollow cylinder has been chosen such that viewed in cross-section perpendicular to the hollow cylinder axis of the area of the circle within the hollow cylinder substantially corresponds to the surface area of the annulus between the hollow cylinder and barrel inner wall. The test results set out below were obtained with the heating element without the use of a stirrer. In comparison to conventional methods for melting the material in the barrels, significantly shorter times could already be achieved with the heating element alone. When using a stirrer, due to the better mixing, once again reduced periods of time for the melting process are to be expected. Example 5a
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde in ein leeres Spannringfass mit 200 Liter Fassungsvolumen gestellt und das Heizelement wie im Beispiel 1 beschrieben in Betrieb genommen. Unter Absaugung wurden 100 kg Maleinsäureanhydrid-Schuppen (Schmelzpunkt 53°C) in das Fass gefüllt und aufgeschmolzen. Der Aufschmelzvorgang für die Gesamtmenge von 100 kg dauerte eine Stunde. The inventive device was placed in an empty Spannringfass with 200 liter capacity and the heating element as described in Example 1 put into operation. Under suction, 100 kg of maleic anhydride flakes (melting point 53 ° C) were filled into the barrel and melted. The melting process for the total amount of 100 kg took one hour.
Beispiel 5b Example 5b
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde in ein leeres Spannringfass mit 200 Liter Fassungsvolumen gestellt und 100 kg Polyethylenglykol 6000 (Schmelzbereich ca. 45°C bis 60°C) als Schuppen eingefüllt. Anschließend wurde das Heizelement mit Heißwasser als Wärmeträgermedium mit einer Temperatur von ca. 90°C in Betrieb genommen. Nach sechs Stunden war der komplette Fassinhalt aufgeschmolzen, sodass die Schmelze in einen Vorlagebehälter eingepumpt werden konnte. Für den nächsten Aufschmelzvorgang wurden erneut 100 kg Schuppen (vier Säcke ä 25 kg) in das Spannringfass eingefüllt. The inventive device was placed in an empty Spannringfass with 200 liter capacity and 100 kg of polyethylene glycol 6000 (melting range about 45 ° C to 60 ° C) filled as a flake. Subsequently, the heating element with hot water as a heat transfer medium with a temperature of about 90 ° C was put into operation. After six hours, the entire contents of the drum had melted, so that the melt could be pumped into a storage tank. For the next melting process again 100 kg of flakes (four sacks of 25 kg) were filled into the clamping ring barrel.
Vergleichsbeispiel 5b Comparative Example 5b
Das mit Schuppen befüllte Spannringfass wurde in eine Wärmekammer gestellt, deren Innenraumtemperatur auf 90°C eingestellt war. Der Fassinhalt war nach 19 Stunden komplett aufgeschmolzen und konnte zur weiteren Verwendung entnommen werden. The dandruff barrel filled with flakes was placed in a heat chamber whose interior temperature was set to 90 ° C. The drum contents were completely melted after 19 hours and could be removed for further use.
Die meisten oben beschriebenen Versuche wurden im Winter durchgeführt. Die Temperatur des aufzuschmelzenden Materials vor Beginn des Aufschmelzvorgangs wurde nicht bestimmt. Sie war jedoch bei den Beispielen und zugehörigen Vergleichsbeispielen gleich, da die Transportbehälter und Fässer am gleichen Ort im Freien bzw. in unbeheizten Hallen aufbewahrt waren. Most of the experiments described above were done in the winter. The temperature of the material to be melted before the start of the reflow process was not determined. However, it was the same in the examples and related comparative examples, since the transport containers and barrels were stored in the same place outdoors or in unheated halls.
Die Beispiele 6 und 7 verdeutlichen die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von schmelzbarem Material. Sie wurden noch nicht experimentell bestätigt. Beispiel 6 Examples 6 and 7 illustrate the possible uses of the device according to the invention for the cooling of fusible material. They have not yet been confirmed experimentally. Example 6
In einem Reaktionsbehälter mit einem Reaktionsvolumen von 10 m3 wird bei 1 10°C eine katalysierte lösungsmittelfreie Umsetzung einer Mischung aus zwei verschiedenen bifunktionellen Isocyanaten mit einer Mischung aus zwei Diolen und einem Triol zu einer viskosen Polyurethan- schmelze durchgeführt. Die Partiegröße beträgt rund sechs Tonnen. Das Reaktionsprodukt muss nach Beendigung der Umsetzung in sieben bereitgestellte IBCs abgefüllt werden, wobei der Abkühlvorgang schnell und kontrolliert durchgeführt werden soll, da das Reaktionsprodukt bei der vorliegenden Temperatur unter Zunahme der Viskosität noch nachreagiert. Zur Befüllung stehen die IBCs nebeneinander und jeder IBC ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie oben beschrieben ausgestattet, die jeweils in die leeren IBCs eingebracht sind. Die Vorrichtungen sind in Reihe an einen gemeinsamen Kühlkreis angeschlossen und dienen zur Kühlung des Reaktionsprodukts. Jeder der Rührer ist mit einer Rührerdrehzahlüberwachung ausgestattet. Die Verschaltung der Heizelemente erfolgt nach dem Gegenstromprinzip entgegen der Reihenfolge der Befüllung der IBCs. Das hat zur Folge, dass der jeweils aktuell zu befüllende IBC mit dem kältesten Kühlmittelstrom in Kontakt kommt. Mit Abnahme der Temperatur des Reaktionsproduktes im Reaktionsbehälter nimmt die Viskosität der Mischung stark zu. Daher ist es nicht zweckmäßig, das Reaktionsprodukt im Reaktionsbehälter komplett abzukühlen. Nach vollständiger Umsetzung wird die Mischung lediglich auf ca. 75°C Innentemperatur abgekühlt und unter Nachdrücken mittels Stickstoff aus dem Reaktionsbehälter über beheizte Leitungen in die IBCs über deren Bodenhahn eingefüllt. Nach Ab- schluss der Befüllung eines IBC werden die Leitungen mittels eines Stickstoffdruckstoßes freigeblasen und der betreffende Bodenhahn geschlossen. In a reaction vessel with a reaction volume of 10 m 3 , a catalyzed solvent-free reaction of a mixture of two different bifunctional isocyanates with a mixture of two diols and a triol to a viscous polyurethane melt is carried out at 110 ° C. The lot size is around six tons. The reaction product must be filled after the completion of the reaction in seven provided IBCs, the cooling process should be carried out quickly and controlled as the reaction product still reacted at the present temperature with increase in viscosity. For filling, the IBCs are next to each other and each IBC is equipped with a device according to the invention as described above, which are each introduced into the empty IBCs. The devices are connected in series to a common cooling circuit and serve to cool the reaction product. Each stirrer is equipped with stirrer speed monitoring. The interconnection of the heating elements is carried out according to the counterflow principle contrary to the order of filling the IBCs. This has the consequence that the IBC currently being filled in each case comes into contact with the coldest coolant flow. As the temperature of the reaction product in the reaction vessel decreases, the viscosity of the mixture increases sharply. Therefore, it is not appropriate to completely cool the reaction product in the reaction vessel. After complete reaction, the mixture is cooled only to about 75 ° C internal temperature and filled under pressure with nitrogen from the reaction vessel via heated lines in the IBCs on the bottom tap. After completing the filling of an IBC, the lines are blown out by means of a nitrogen pressure surge and the corresponding bottom tap is closed.
Bei den Vorrichtungen ist die Rührerwelle gegenüber dem unteren Ende der Rohrwendel etwa 10 cm abgesenkt und taucht bereits vor dieser in das Produkt ein. Bei Ansteigen der Schmelz- Oberfläche und Kontakt mit der Rohrwendel setzt eine langsame Kühlung ein, die sich aber erst auswirkt, wenn der Container vollständig gefüllt ist und kein weiteres heißes Produkt zuströmt. Die Absenkung der Produkttemperatur erfolgt unter gleichzeitiger Zunahme der Eigenviskosität, bis die steigende Viskosität zu einem Rückgang der Rührerdrehzahl führt. Unterschreitet die Drehzahl einen vorgegebenen, produktabhängigen Wert, wird die jeweilige Vorrichtung aus der Schmelze des IBCs herausgezogen. Nach etwa 3 h Kühlzeit ist die Temperatur im Inneren der IBCs auf etwa 45°C abgesunken. Sind alle IBCs befüllt und die Vorrichtungen aus den IBCs herausgezogen, wird die Kühlung abgestellt und heißes Wasser durch die Rohrwendel geleitet, um anhaftende Produktreste zu verflüssigen und in die IBCs abtropfen zu lassen. Danach werden die IBCs für den Transport verschlossen. In the devices, the agitator shaft is lowered about 10 cm from the lower end of the coiled tubing and immersed in the product before this. As the melt surface rises and contact with the coiled tubing, slow cooling sets in, but this does not work until the container is completely filled and no other hot product is flowing. The lowering of the product temperature takes place with a simultaneous increase in intrinsic viscosity until the increasing viscosity leads to a decrease in the stirrer speed. If the speed falls below a predetermined, product-dependent value, the respective device is pulled out of the melt of the IBC. After about 3 hours of cooling, the temperature inside the IBCs has dropped to about 45 ° C. When all IBCs are filled and the devices are pulled out of the IBCs, the cooling is turned off and hot water is passed through the coiled tubing to liquefy adhering product remnants and drain into the IBCs. Thereafter, the IBCs are closed for transport.
Beispiel 7 Example 7
Zur Herstellung einer definierten Wachsmischung aus 2 Teilen n-Octadecan, 1 Teil n-Eicosan (C20H42, Schmelzbereich 36-39°C) und 1 Teil n-Docosan (C22H46, Schmelzbereich 41 -44°C) werden vier separate IBCs mit den Rohstoffen analog Beispiel 1 aufgeschmolzen und nacheinander in einen trockenen, mit Stickstoff gefüllten und auf 60°C vorgeheizten gerührten Reaktionsbehälter gepumpt und für die Dauer von 30 Minuten homogenisiert. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden auf Kühlung umgeschaltet und mit auf +10°C temperierter Sole durch- strömt. Die flüssige Wachsmischung wird aus dem Rührbehälter in die IBCs zurückgedrückt, wodurch die IBCs befüllt werden. Beim Kontakt der flüssigen Wachsschmelze mit den kühlen Rohrwendeln verfestigt sich die Masse schnell und wächst um die Rohrwendel nach außen. Die Kühlung wird aufrechterhalten, bis der gesamte Inhalt der IBCs vollständig verfestigt ist und als Block vorliegt, was nach ca. 6 Stunden der Fall ist. Die Temperatur des Wärmeträgermediums wird daraufhin für die Dauer von drei Minuten auf 43°C erhöht, damit sich die Umgebung der Rohrwendel verflüssigt und die Vorrichtungen aus den IBCs herausgezogen werden können. Im Vergleich zu dem üblichen Verfahren, bei dem der Behälterinhalt nicht aktiv gekühlt wird, sondern langsam erstarrt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine homogenere Verteilung des Behälterinhalts erreicht. Zum Nachweis können an unterschiedlichen Stellen im IBC Bohrproben genommen werden, die bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften wie der Schmelztemperatur analysiert werden. To produce a defined wax mixture of 2 parts of n-octadecane, 1 part of n-eicosane (C20H42, melting range 36-39 ° C) and 1 part of n-docosan (C22H46, melting range 41-44 ° C), four separate IBCs with the raw materials melted analogously to Example 1 and successively pumped into a dry, nitrogen-filled and preheated to 60 ° C stirred reaction vessel and homogenized for 30 minutes. The devices according to the invention are switched to cooling and flowed through with tempered at + 10 ° C brine. The liquid wax mixture is pushed back from the stirred tank into the IBCs, filling the IBCs. Upon contact of the liquid wax melt with the cool coiled tubing, the mass solidifies quickly and grows around the coiled tubing to the outside. The Cooling is maintained until the entire contents of the IBCs are fully solidified and present as a block, which is the case after about 6 hours. The temperature of the heat transfer medium is then increased to 43 ° C for a period of three minutes to liquefy the environment of the coiled tubing and withdraw the devices from the IBCs. Compared to the usual method in which the container contents are not actively cooled, but slowly solidifies, a more homogeneous distribution of the container contents is achieved by the inventive method. As proof, drilling samples may be taken at different locations in the IBC, which are analyzed for physical properties such as melting temperature.

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung zur Erwärmung oder Kühlung eines schmelzbaren Materials in einem Behälter umfassend ein Heizelement (10) und eine Halteeinrichtung (20), wobei das Heizelement (10) rohrförmig mit einer Zulauföffnung (1 1 ) und einer Ablauföffnung (12) zur Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium ausgestaltet und in mindestens einer Raumrichtung als Hauptbewegungsrichtung bewegbar an der Halteeinrichtung (20) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin einen Rührer (30) zum Durchmischen flüssigen Materials aufweist, der ebenfalls in der Hauptbewegungsrichtung bewegbar angeordnet ist. Device for heating or cooling a fusible material in a container comprising a heating element (10) and a holding device (20), wherein the heating element (10) tubular with an inlet opening (1 1) and a drain opening (12) designed to flow through with a heat transfer medium and in at least one spatial direction as the main movement direction movably attached to the holding device (20), characterized in that the device further comprises a stirrer (30) for mixing liquid material, which is also arranged movably in the main movement direction.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Halteeinrichtung (20) derart gestaltet ist, dass das Heizelement (10) und der Rührer (30) in vertikaler Richtung als Hauptbewegungsrichtung durch eine Öffnung in der Oberseite des Behälters bewegbar sind. Apparatus according to claim 1, wherein the holding means (20) is designed such that the heating element (10) and the stirrer (30) are movable in the vertical direction as a main movement direction through an opening in the top of the container.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (10) eine Rohrwendel (15) umfasst, die eine hohlzylindrische Kontur aufweist, und die Zylinderachse im Wesentlichen der Hauptbewegungsrichtung entspricht. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heating element (10) comprises a coiled tubing (15) having a hollow cylindrical contour, and the cylinder axis substantially corresponds to the main movement direction.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der axiale Abstand zwischen benachbarten Rohrabschnitten von 20% bis 400%, bevorzugt von 50% bis 200% des Außendurchmessers des Rohres beträgt. Apparatus according to claim 3, wherein the axial distance between adjacent pipe sections is from 20% to 400%, preferably from 50% to 200% of the outer diameter of the pipe.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Rohrwendel (15) zwei Teilwendel mit gleichem Außendurchmesser der Hohlzylinder umfasst, die in axialer Richtung ineinander verlaufen, an ihrem jeweiligen einen Ende miteinander verbunden sind und mit ihrem jeweiligen anderen Ende in die Zulauföffnung (1 1 ) beziehungsweise die Ablauföffnung (12) münden. Apparatus according to claim 3, wherein the coiled tubing (15) comprises two part coil with the same outer diameter of the hollow cylinder, which extend in the axial direction into each other, are interconnected at their respective one end and with their respective other end in the inlet opening (1 1) or Drain opening (12) open.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Rohrwendel (15) zwei Teilwendel mit unterschiedlichem Außendurchmesser der Hohlzylinder umfasst, die in radialer Richtung ineinander verlaufen, an ihrem jeweiligen einen Ende miteinander verbunden sind und mit ihrem jeweiligen anderen Ende in die Zulauföffnung (1 1 ) beziehungsweise die Ablauföffnung (12) münden. Apparatus according to claim 3, wherein the coiled tubing (15) comprises two part coils with different outer diameter of the hollow cylinder, which extend in the radial direction into each other, are interconnected at their respective one end and with their respective other end in the inlet opening (1 1) or Drain opening (12) open.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Heizelement (10) derart bemessen ist, dass das Verhältnis seiner Länge zu seinem Außendurchmesser von 1 bis 10, bevorzugt von 1 ,5 bis 8, insbesondere von 2 bis 6 beträgt, und der Außendurchmesser des Heizelements (10) von 4 cm bis 60 cm, bevorzugt von 8 cm bis 20 cm, insbesondere von 10 cm bis 16 cm beträgt. Device according to one of claims 3 to 6, wherein the heating element (10) is dimensioned such that the ratio of its length to its outer diameter of 1 to 10, preferably from 1, 5 to 8, in particular from 2 to 6, and the outer diameter of the heating element (10) of 4 cm to 60 cm, preferably from 8 cm to 20 cm, in particular from 10 cm to 16 cm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rührer (30) eine Rührerwelle (31 ) umfasst, auf der mindestens ein Rührelement (32) angeordnet ist, und deren Achse Device according to one of claims 1 to 7, wherein the stirrer (30) comprises a stirrer shaft (31) on which at least one stirring element (32) is arranged, and whose axis
4 Fig. im Wesentlichen der Hauptbewegungsrichtung entspricht. 4 Fig. essentially corresponds to the main movement direction.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Rührerwelle (31 ) im Inneren der hohlzylindrischen Rohrwendel (15) angeordnet ist. 9. Apparatus according to claim 8, wherein the agitator shaft (31) in the interior of the hollow cylindrical tube coil (15) is arranged.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Heizelement (10) und der Rührer (30) unabhängig voneinander in der Hauptbewegungsrichtung bewegbar an der Halteeinrichtung (20) befestigt sind. 1 1 . Verfahren zum Aufschmelzen eines schmelzbaren Materials in einem Behälter, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte: 10. Device according to one of claims 1 to 9, wherein the heating element (10) and the stirrer (30) are mounted independently of each other in the main movement direction movable on the holding device (20). 1 1. Method for melting a fusible material in a container having an opening on its upper side, by means of a device according to one of claims 1 to 10, characterized by the steps:
Aufsetzen des unteren Endes des Heizelements (10) auf die Oberfläche des aufzuschmelzenden Materials durch die Öffnung im Behälter,  Placing the lower end of the heating element (10) on the surface of the material to be melted through the opening in the container,
- Durchströmen des Heizelements (10) mit dem Wärmeträgermedium,  Flowing through the heating element (10) with the heat transfer medium,
Absinken des Heizelements (10) in das Material mit fortschreitender Verflüssigung des Materials,  Lowering of the heating element (10) into the material as the liquefaction of the material proceeds,
Durchmischen bereits geschmolzenen Materials durch Rotation des Rührers (30). 12. Verfahren zum Abkühlen eines geschmolzenen Materials in einem Behälter, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte:  Mixing already molten material by rotation of the stirrer (30). A method of cooling a molten material in a container having an opening on its upper side by means of a device according to any one of claims 1 to 10, characterized by the steps of:
Einführen des Heizelements (10) in das geschmolzene Material durch die Öffnung im Inserting the heating element (10) into the molten material through the opening in the
Behälter, Container,
- Durchströmen des Heizelements (10) mit einem kalten Wärmeträgermedium,  Flowing through the heating element (10) with a cold heat transfer medium,
nach Verfestigung des Materials kurzzeitige Erhöhung der Temperatur des Wärmeträgermediums zum Freischmelzen des Heizelements (10),  after solidification of the material short-term increase in the temperature of the heat transfer medium for free melting of the heating element (10),
Herausziehen des Heizelements (10) aus dem freigeschmolzenen Bereich. 13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei es sich bei dem Behälter um ein Fass, einen Transportcontainer, einen Bahnwaggon, einen Straßencontainer oder einen Straßentank- zug handelt.  Pulling out the heating element (10) from the free melted area. 13. The method of claim 11 or 12, wherein the container is a drum, a transport container, a railroad car, a road container or a road tanker train.
4 Fig. 4 Fig.
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