NL8300006A - Verwerkingsinrichting. - Google Patents

Description

' N/3l.282-tM/vdM **

- 1 - - -V

Verwerkingsinrichting.

Deze uitvinding heeft betreking op verwer-kingsapparatuur. Meer in het bijzonder heeft deze uitvinding betrekking op meer-trappige roterende verwerkingsinrichtingen die bijzonder nuttig zijn voor het verwerken van plastische 5 en polymere materialen.

Roterende verwerkingsinrichtingen zijn bekend op dit gebied. Details met betrekking tot zulke verwerkings-inrichtingen zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischrif-ten 4.142.805, 4.194.841, 4.207.004, 4.213.709, 4.227.816, 10 4.255.059, 4.289.319 en 4.300.842. Al de boven genoemde oc-trooischriften worden hierin opgenomen per verwijzing.

Meer-trappige roterende verwerkingsinrichtingen zijn ook bekend op dit gebied. Het Amerikaanse octrooi-schrift 4.227.816 heeft in het bijzonder betrekking op een 15 roterende verwerkingsinrichting met twee trappen in drie secties. Roterende verwerkingsinrichtingen volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.227.816 omvatten een roteerbaar element of rotor die meerdere verwerkingskanalen draagt en een stilstaand element, dat een coaxiaal sluitoppervlak verschaft, 20 dat samenwerkend is aangebracht bij de kanalen om omsloten verwerkingspassages te verschaffen. Ook met het stilstaande element zijn inlaten verbonden, uitlaten en blokkeerorganen voor elk kanaal en materiaaloverbrengpassages of -groeven, die zijn gevormd in het sluitoppervlak van het stilstaande element 25 en zijn aangebracht om materiaal over te brengen van een passage (of passages) van ëën trap naar een passage (of passages) van een andere trap. Zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.227.816 omvat ëën verwerkingstrap twee primaire of toevoersecties. Elke primaire of toevoersectie van de 30 eerste trap is aangebracht aan elk eind van de rotor en zijn gescheiden van elkaar door een tweede verwerkingstrap, die geschikt is voor het opnemen van materiaal uit elke sectie van de eerste trap.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.213.709 35 heeft ook betrekking op een meer-trappige roterende verwer-kingsinrichting, die twee verwerkingstrappen verschaft, die 8300006 - 2 - ί ί een primaire verwerkingspassage omvatten, is verbonden met een verdere verwerkingspassage. De bij voorkeur toegepaste verwer-kingsinrichting omvat twee primaire verwerkingspassages, die elk zijn aangebracht aan elk eind van de rotor, waarbij de 5 primaire verwerkingspassages zijn gescheiden door twee verdere verwerkingspassages, die zijn uitgevoerd voor het opnemen van materiaal uit de primaire verwerkingspassages. In de beschreven verwerkingsinrichtingen in de Amerikaanse octrooischriften 4.213.709 en 4.227.816 hebben de passages die geschikt zijn 10 voor het opnemen van materiaal uit passages van een andere trap een gekozen geometrie ten opzichte van de geometrie van de passages, waaruit het materiaal wordt opgenomen. In wezen is de geometrie gekozen om aan de materiaalopneempassage een capaciteit voor het verwerken en afvoeren van materiaal te 15 verschaffen met een volumesnelheid, die kleiner is dan-de- · snelheid waarmee materiaal wordt opgenomen door de passage. Dergelijke geometrieën verzekeren complete vulling van de opnemende passages en verschaffen dus een gelijkmatige mate van afvoer en gelijkmatige afvoerdruk voor materiaal dat wordt 20 verwerkt in de verwerkingsinrichting.

Ernstige complicaties zijn echter opgetreden in meer-trappige roterende verwerkingsinrichtingen, waarin een verschillende geometrie wordt vereist voor passages die materiaal opnemen uit een passage van een andere trap. Bijv. ver-25 eisen sommige polymere processen een passagegeometrie die aan de passage een capaciteit geeft om materiaal te verwerken en af te voeren met een volumesnelheid die groter is dan de snelheid waarmee het materiaal wordt opgenomen door de passage.

Dit verschil of deze afwijking tussen de snelheid waarmee de 30 passage materiaal opneemt en de volumetrische snelheidscapaci-teit van de passage om materiaal te verwerken en af te voeren kan ernstig grote druk-, stromings- en temperatuurschommelingen veroorzaken in het bijzonder aan de afvoer van de roterende verwerkingsinrichting.

35 Deze uitvinding is gericht op van meerdere passages voorziene roterende verwerkingsinrichtingen met een nieuw verbeterd ontwerp, dat speciale voordelen verschaft in termen van efficiency, produktkwaliteit en totale verwerkings- 8300006 -3-

* .............. A

prestatiekarakteristieken.

De roterende verwerkingsinrichtingen volgens de uitvinding omvatten een roteerbaar element dat tenminste twee ringvormige kanalen draagt en een stilstaand element, dat 5 een coaxiaal sluitoppervlak verschaft, dat werkzaam is aangebracht bij de kanalen om omsloten verwerkingspassages te verschaffen. Elke verwerkingspassage heeft een inlaat, uitlaat en een kanaalblokkeerorgaan, dat is verbonden met het stilstaande element en is aangebracht en uitgevoerd zodat materiaal dat 10 wordt toegevoerd aan de inlaat voorwaarts kan worden gevoerd door de roteerbare kanaalwanden naar het blokkeerorgaan voor afvoer uit de passage. Materiaaloverbrenggroeven zijn gevormd in het coaxiale oppervlak van het stilstaande element om middelen te verschaffen voor overbrenging van materiaal tussen de 15 verwerkingspassages. - ' Eén of meer van de passages zijn eerste-verwerkingspassages die parallel werken en een geometrie hebben, die is gekozen om de efficiency van de aan de passage toebedeelde functie te optimaliseren. Een verdere verwerkings-20 passage is buitenwaarts van de eerste verwerkingspassage aangebracht en werkt in serie daarmee. De geometrie van de verdere verwerkingspassage is gekozen om aan de passage een capaciteit te geven om het materiaal te verwerken en af te voeren met een volumesnelheid die groter is dan de snelheid 25 waarmee het materiaal wordt toegevoerd aan de passage. Een materiaaloverbrenggroef die ligt bij en in verbinding staat met de uitlaat van de eerste verwerkingspassage en de inlaat van de verdere verwerkingspassage brengt materiaal over van de eerste verwerkingspassage naar de verdere verwer-30 kingspassage. Instelbare materiaaloverbrengsnelheidregelmidde-len zijn aangebracht in de verdere verwerkingspassage en geven aan de passage een effectieve capaciteit om selectief de verwerkingssnelheid van de passage aan te passen om de aangepaste snelheid te coördineren met de snelheid waarmee materiaal 35. wordt toegevoerd aan de passage.

Details met betrekking tot de nieuwe van meerdere passages voorziene roterende verwerkingsinrichtingen volgens de uitvinding en van de van dergelijke verwerkingsinrichtingen afgeleide voordelen, zullen vollediger worden 8300006 £ ï s - 4 - begrepen uit de gedetaileerde beschrijving van de bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvormen aan de hand van de tekeningen.

De uitvinding zal worden beschreven in verband met de aangehechte tekeningen, waarin: 5 figuur 1 is een doorsnede van een van meerde re passages voorziene roterende verwerkingsinrichting volgens de uitvinding en toont een uitvoering van verwerkingspassages.

Figuur 2 is een perspectivisch aanzicht van een roterende verwerkingsinrichting volgens de uitvinding ge-10 deeltelijk in doorsnede met weggebroken delen.

Figuur 3 is een vereenvoudigde doorsnede van een eerste verwerkingspassage van de verwerkingsinrichting van figuur 1 volgens lijn 3-3 van figuur 1.

Figuur 4 is een vereenvoudigde doorsnede van 15 de in figuur 2 afgebeelde roterende verwerkingsinrichting· · volgens de lijn 4-4 van figuur 2.

Figuur 5 is een vereenvoudigde doorsnede van een verdere verwerkingspassage van de verwerkingsinrichting van figuur 1 volgens de lijn 5-5 van figuur 1.

20 Figuur 6 is een bovenaanzicht van een deel van de in figuur 2 afgebeelde roterende verwerkingsinrichting gedeeltelijk in doorsnede met weggebroken delen.

Figuur 7 is een vereenvoudigde doorsnede van een eindverwerkingspassage van de verwerkingsinrichting van 25 figuur 1 volgens lijn 7-7 van figuur 1.

Figuur 8 is een grafiek van werkelijke gegevens, die zijn opgetekend door een strookkaartregistratie-inrichting tijdens het testen van een verbeterde roterende verwerkingsinrichting volgens deze uitvinding.

30 Eerst verwijzend naar figuur 1, omvatten nieuwe, van meerdere passages voorziene roterende verwerkings-inrichtingen volgens deze uitvinding een roteerbaar element, dat is voorzien van een rotor 12, die is gemonteerd op een aandrijfas 14 voor rotatie binnen een stilstaand element, dat 35 is voorzien van een huis 16. De rotor 12 draagt meerdere ver-werkingskanalen 21, 23, 25, 27, 29 en 33, die elk tegenoverliggende zijwanden hebben, die zich binnenwaarts vanaf het rotoroppervlak 20 uitstrekken. Middelen om de rotor 12 te ro- 8300006 - 5 - teren zijn afgebeeld bij M, daar deze middelen van elk geschikb type kunnen zijn dat gewoonlijk wordt toegepast voor het roteren van extruders of soortgelijke polymeerverwerkingsappara-tuur en wel bekend zijn aan deskundigen op dit gebied. Het 5 huis 16 van het stilstaande element verschaft een coaxiaal sluitoppervlak 38, dat samenwerkend is aangebracht met het oppervlak 20 van de rotor 12 om met kanalen 21, 23, 25, 27, 29 en 33 omsloten verwerkingspassages 22, 24, 26, 28, 30 resp. 34 te vormen.

10 Van meerdere trappen voorziene roterende ver- werkingsinrichtingen volgens de uitvinding kunnen een verscheidenheid van combinaties van verwerkingstrappen verschaffen. Normaal omvat de eerste trap een plastificeerbewerking, die is ontworpen voor het smelten, zacht maken of op andere wijze 15 verhogen van de vloeibaarheid van materiaal dat wordt toegevoerd aan de verwerkingsinrichting. De tweede trap verricht een compoundeerbewerking die kan bestaan uit mengen, homogeniseren of ontgassen van materiaal, dat is verwerkt in de eerste trap of toevoegen van ingrediënten aan of verwijderen 20 van ingrediënten uit het in de eerste trap verwerkte materiaal. Aan de derde trap is normaal een onder-druk-zet- of pompfunc-tie toegewezen om in de tweede trap verwerkt materiaal af te voeren uit de verwerkingsinrichting. Voor illustratieve doeleinden omvat de hierna beschreven van meerdere trappen voor-25 ziene roterende verwerkingsinrichting een eerste trap voor het smelten - of tenminste gedeeltelijk smelten - van polymeer materiaal, een tweede trap voor het mengen van het in de eerste trap verwerkte polymere materiaal en een derde trap voor het afvoeren van het in de eerste en tweede trap verwerk-30 te materiaal uit de verwerkingsinrichting.

Thans verwijzend naar figuur 1 zijn de afgeheelde verwerkingspassages aangebracht en ontworpen om meerdere verwerkingstrappen te vormen. De verwerkingspassages 22, 24, 26 en 28 verschaffen de eerste trap. De tweede trap omvat 35 tenminste ëên verdere verwerkingspassage, die is afgebeeld als passage 30. De derde trap wordt verschaft door passage 34, die buitenwaarts van de eerste twee trappen is geplaatst. Zoals later in detail zal worden toegelicht, zijn de trappen verbon- 8300006 r * - 6 - den door materiaaloverbrenggroeven die zijn gevormd in het sluitoppervlak 38 en zo zijn uitgevoerd dat materiaal dat is verwerkt in een trap kan worden overgebracht naar een andere.

Thans verwijzend naar figuren 2 en 3 wordt 5 materiaal, zoals geplastificeerd of ongeplastificeerd polymeer materiaal op geschikte wijze toegevoerd aan de van meerdere trappen voorziene roterende verwerkingsinrichting uit een stortbak 40, die in verbinding staat met de inlaat 42. Zoals is afgebeeld in figuren 2 en 3 is het coaxiale oppervlak 38 10 van het huis 16 cylindrisch over het grootste deel van zijn uitgestrektheid, maar voorzien van ondersnijdingen 44, die zich uitstrekken over de delen van kanalen 21, 23, 25 en 27 en bij de inlaat 42. De ondersnijdingen 44 hebben een zodanige breedte dat hun zijwanden 46 zich uitstrekken over cylindri-15 sche delen 20 van de rotor 12 om inlaatkamers te vormen,'die zijn ontworpen om het toevoeren van vaste polymere stoffen in elke passage van de eerste trap te bevorderen.

In bedrijf wordt materiaal door de zwaartekracht of door het gebruik van gedwongen toevoerorganen, toe-20 gevoerd aan de verwerkingsinrichting door de inlaat 42 en door de ondersnijdingen 44 geholpen in de kanalen 21, 23, 25 en 27. De situatie is afgebeeld in figuur 2 en 3. Figuur 2 illustreert een sectie van de rotor 12, die kanalen 21, 23, 25 en 27 van de tot de eerste trap behorende verwerkingspassa-25 ges draagt en kanaal 29 van de eerste passage van de tweede trap. Figuur 3 illustreert passage 24 van de eerste trap die dezelfde afmetingen en opstelling van constructieve elementen heeft als de tot de eerste trap behorende passages 22, 26 en 28. Elke verwerkingspassage van de eerste trap omvat een 30 kanaalblokkeerorgaan 48, dat is aangebracht bij de materiaal-overbrenggroef 50, die is aangebracht om een verbinding te vormen met elke passage van de eerste trap. De overbrenggroef 50 ligt normaal op een afstand van de inlaat 42, die gelijk is aan het grootste deel van de omtreksafstand rondom de verwer-35 kingspassage.

Zoals is afgebeeld in figuren 2 en 3 verschaft elk blokkeerorgaan 48 een materiaalblokkeer- en materiaalver-zameleindwandoppervlak 52 voor elke passage van de eerste trap.

8300006 * ·* - 7 -

In bedrijf wordt dus de beweging van het hoofdlichaam van het materiaal dat wordt toegevoerd aan elke tot de eerste trap behorende passage geblokkeerd en wordt een relatieve beweging veroorzaakt tussen de bewegende kanaalwanden en het geblok-5 keerde materiaal. De aldus veroorzaakte relatieve beweging wekt wrijvingswarmte op aan de bewegende wanden en in het lichaam van het materiaal. Bovendien worden de kanaalwanden van de verwerkingspassages van de eerste trap - en bij voorkeur alle kanaalwanden van de verwerkingsinrichting - normaal 10 verwarmd zoals door een warmte-overbrengingsfluïdum dat wordt toegevoerd op bekende wijze aan de kamers 6 (figuur 1).

Details met betrekking tot geschikte verwarmingsmiddelen kunnen worden gevonden in de aangehaalde Amerikaanse octrooi-schriften 4.142.805 en 4.194.841.

15 Normaal bouwt de werking van de kanaalwanden bij het voorwaarts slepen van het materiaal geleidelijk een druk op rondom de passage en de maximumdruk in elk van de tot de eerste trap behorende verwerkingspassages wordt gewoonlijk bereikt aan het oppervlak 52 van het blokkeerorgaan 48. Het 20 oppervlak 52 van elke tot de eerste trap behorende verwerkings-passage is gevormd en heeft afmetingen of is op andere wijze aangepast aan het verzamelen van het materiaal voor afvoer uit de passage.

De eerste trap die is geïllustreerd in de 25. figuren heeft vier verwerkingspassages van althans nagenoeg identieke vorm en afmetingen. Meer of minder passages kunnen worden toegepast en eerste-trappassages die verschillen in vorm, afmetingen en geometrie van andere eerste-trappassages kunnen ook worden toegepast.

30 Materiaal dat is verwerkt in de eerste trap wordt afgevoerd uit elke passage door materiaaloverbrenggroef 50 (figuren 2 en 3). De overbrenggroef 50 is gevormd in een coaxiaal oppervlak 38 aangrenzend aan en stroomopwaarts van het oppervlak 52 van het blokkeerorgaan 48. De overbrenggroef 50 35 strekt zich evenwijdig uit aan de as van de rotor 12 waarbij het open eind van de groef 50 is aangebracht voor het opnemen van verwerkt materiaal, dat is verzameld aan het oppervlak 52 van elke passage en om het opgenomen materiaal over de opper- 8300006

* V

- 8 - vlakken 20 van de eerste-trapspassages te transporteren voor afvoer naar de tweede-trapsverwerkingspassage 30. Zoals is afgebeeld in figuren 2 en 4 verschaft het buitenste einddeel van de groef 50 een inlaat voor de passage 30.

5 De tweede verwerkingstrap omvat tenminste êên verwerkingspassage, die is afgebeeld in de geïllustreerde ver-werkingsinrichting als passage 30. Zoals in figuur 4 is afgebeeld wordt materiaal uit de verwerkingspassages van de eerste trap afgevoerd naar de eerste passage 30 van de tweede trap 10 door de overbrenggroef 50.

Zoals is vermeld zijn de tweede-trapsverwer-kingspassages ontworpen om compoundeerbewerkingen uit te voeren op het in de eerste trap verwerkte materiaal. In de geïllustreerde verwerkingsinrichting is de tweede trap ontworpen 15 om op doelmatige wijze gesmolten of gedeeltelijk gesmolten · materiaal te mengen dat is toegevoerd uit de eerste trap. Een verwerkingspassage waaraan de functie van het verschaffen van een doelmatige vermenging van viskeus materiaal is toegewezen, vereist een andere geometrie dan de geometrie van de polymeer-20 smeltpassages van de eerste trap. Voor optimale werking zijn de mengpassages ontworpen met een breed kanaal om een voldoende terugstroming te verschaffen voor doelmatige menging bij lage druk en met minimale temperatuursverhoging. Zoals is afgebeeld in figuur 1 bijv. heeft de passage 30 van de tweede 25 trap evenwijdige wanden en is breder dan de passages van de eerste trap. Dit verschil in geometrie veroorzaakt een verschil tussen de snelheid waarmee in de eerste trap verwerkt materiaal wordt toegevoerd aan de tot de tweede trap behorende passage en de capaciteit van de tot de tweede trap behorende 30 passage.

Het effect van dit verschil kan het best worden begrepen door de verschillen aan te geven die kunnen bestaan tussen de toevoersnelheid van in de eerste trap verwerkt materiaal en de verwerkings- en afvoercapaciteit van een 35 tweede-trapspassage met een geometrie die gekozen is om doelmatige menging te verschaffen. Zoals is vermeld kan een illustratieve van meerdere trappen voorziene roterende verwerkingsinrichting volgens deze uitvinding een eerste trap met vier 8300006 * ·*ί - 9 - passages omvatten die parallel werken en een totaal eerste- 3 trapsverwerkingsvolume verschaffen van ongeveer 4916 cm . Dergelijke verwerkingsinrichtingen kunnen werken bij een snelheid die loopt tussen 50 en 150 omw/min. Onder deze omstandig-5 heden kan de snelheid waarmee gesmolten materiaal wordt toegevoerd aan de tweede-trapspassage liggen tussen 181,44 kg/hr en 1179,33 kg/hr, afhankelijk van de kanaalwandsnelheden en poly-meereigenschappen. Echter is een betrekkelijk brede tweede-trapsmengpassage vereist voor doelmatige menging en een 10 tweede traps-mengpassage met dergelijke geometrie kan materiaal verwerken en af voeren met een snelheid tussen 3402 kg/hr en 9106 kg/hr bij snelheden tussen 50 en 150 omw/min.

Dit grote verschil of afwijking tussen de snelheid waarmee de eerste trap gesmolten materiaal toevoert 15 aan de materiaaloverbrenggroef en de verwerkings- en afvóër-capaciteit van de tweede trap verschaft onderbrekingen in de stroming van gesmolten materiaal binnen tweede-trapspassages en in passages van verdere verwerkingstrappen met als gevolg zware stoten en schommelingen in stroming, druk en temperatuur 20 over de verwerkingspassages en in het bijzonder aan de afvoer-zone van de verwerkingsinrichting.

De onderhavige uitvinding verschaft nieuwe verbeterde roterende verwerkingsinrichtingen, die zijn voorzien van middelen die een doelmatige capaciteit verschaffen 25 voor het verbeteren van de verwerkingsdoelmatigheid van roterende verwerkingsinrichtingen, die zijn voorzien van verwer-kingspassages die deze afwijking bieden. In overeenstemming met de onderhavige uitvinding is een nieuw materiaalover-drachtssnelheidsmiddel aangebracht bij de inlaatzone van pas-30 sage 30 (figuren 2, 4, 5 en 6). Het materiaaloverbrengsnel-heidsregelmiddel omvat een instelbaar orgaan 100, dat is aangebracht en uitgevoerd om zich radiaal uit te strekken in het kanaal 29 voor het blokkeren van een deel van het kanaal. Het instelbare orgaan 100 geeft aan de passage de mogelijkheid om 35 selectief de verwerkingssnelheid van de passage in te stellen om de ingestelde snelheid te coördineren met de snelheid waarmee materiaal dat door overbrenggroef 50 passeert wordt toegevoerd aan de passage 30. De mate van instelling houdt direct 8300006 ψ * - 10 - verband met de mate van snelheidscoördinatie die vereist is om de gewenste verwerkingscondities te verkrijgen in het kanaal 30 en om deze condities tijdens de werking aan te houden.

5 Het instelbare orgaan 100 is afgeheeld in figuren 2, 4, 5 en 6 als een smoorpen, die passeert door een opening 108 in het huis 16 en zich radiaal uitstrekt in het kanaal 29. De positie van het orgaan 100 wordt bepaald door zijn verband met de instelschroef 102, de borgmoer 106 en het 10 positioneermiddel 104, die op geschikte wijze zijn aangebracht om het orgaan 100 in te stellen en vast houden op elke gewenste diepte in het kanaal 29 voor of tijdens de werking van de verwerkingsinrichting. De instelbaarheid van de smoorpen verschaft tijdens de werking een regeling van de grootte van de 15 opening, die wordt begrensd door de wortel van het kanaal 29 en de bodem van de smoorpen 100. Deze opening is afgebeeld als in figuren 4 en 5.

Zoals is afgebeeld in figuur 5, wordt het orgaan 100 ingesteld om een H^ te verschaffen die de verwer-20 kingssnelheid in de passage 30 vermindert tot een waarde waarbij een poel van gesmolten materiaal kan worden opgebouwd achter de pen 100 aan het oppervlak 110. Een krachtig hercir-culatiestromingspatroon kan worden gevormd in deze poel om de viskeuze afschuiving te vergroten en intensieve menging en 25 efficiënte smelting van materiaal in de poel te verkrijgen.

Het verschaffen van een circulatiepoel van materiaal aan het oppervlak 110 is een belangrijk kenmerk, van de uitvinding en verschaft een verbeterde kwaliteit van het verwerkte produkt. Bijv. zijn hogere temperaturen vereist om het in de eerste 30 trap verwerkte materiaal volledig te smelten en de temperatuur van het smelttrapmateriaal wordt verder verhoogd in de volgende meng- en druktrappen. Bij sommige bewerkingen zijn onaanvaardbaar hoge afvoermateriaaltemperaturen waargenomen, bijv. temperaturen in de orde van 260°C voor sommige materialen die 35 zijn verwerkt in de roterende verwerkingsinrichtingen. Het in figuur 5 afgebeelde smeltpoelkenmerk maakt de toepassing van lagere smelttrapwerktemperaturen mogelijk. Materiaal dat wordt toegevoerd aan de tweede-trapspassages is dus op een lagere 8300006 « *· ' - 11 - temperatuur en niet volledig gesmolten en kan ongesmolten of gedeeltelijk gesmolten materiaal bevatten. Het smelten van dit toegevoerde materiaal kan dan worden voltooid in de poel van materiaal, dat is verzameld aan het oppervlak 110 voordat het 5 materiaal passeert door de opening Dit kenmerk verschaft een doelmatige verwerking bij lagere werktemperaturen, waardoor degradatie wordt geminimaliseerd en een smeltprodukt van verbeterde kwaliteit wordt verschaft.

In figuur 6 is het instelbare orgaan 100 af-10 geheeld met een rechthoekige doorsnede. Het orgaan 100 kan anders zijn ontworpen met een cylindrische of wigvorm, of een vorm die is gekozen om elke gewenste aanvullende verwerking te verrichten.

Thans verwijzend naar figuren l, 2 en 4 wordt 15 materiaal dat is verwerkt in de eerste trap overgebracht'door de groef 50 naar de eerste passage van de tweede trap. Zoals is afgeheeld (figuur 1) verschaft de geometrie van de eerste passage het boven beschreven verschil. Het in de eerste trap verwerkte materiaal wordt op doelmatige wijze gemengd in de 20 passage 30 (figuur 5) door de relatieve beweging die wordt veroorzaakt tussen het materiaal dat wordt geblokkeerd door de smoorpen 100 en de bewegende kanaalwanden, die het materiaal voorwaarts slepen of voeren door de opening H^ en door de relatieve beweging, die wordt veroorzaakt tussen het door het 25 blokkeerorgaan 54 geblokkeerde materiaal en de bewegende kanaalwanden die het materiaal voorwaarts slepen of voeren naar het materiaalverzamel- en materiaalblokkeereindwandoppervlak 56. In de geïllustreerde meer-trappige verwerkingsinrichting is het blokkeerorgaan 54 van de passage 30 (figuur 5) aange-30 bracht ongeveer 180° vanaf de omtrekspositie van de blokkeer-organen 48 van de eerste trap. In de passage 30 beweegt het materiaal dus slechts ongeveer een halve omwenteling door de passage, alvorens het blokkeerorgaan 54 te bereiken.

De geïllustreerde en beschreven tweede trap 35 omvat slechts één passage 30. Deze geïllustreerde voorkeursui tvoering kan worden gevariëerd. Bijv. kan de tweede trap twee of meer passages omvatten, die parallel of in serie zijn aangebracht en de vorm, afmetingen en geometrie van de passages kunnen hetzelfde of verschillend zijn.

8300006 i·'·' * -12-

Verwijzend naar figuren 5 en 7 wordt materiaal dat is verwerkt in de tweede trap overgebracht naar een verwerkingspassage van de derde trap door de materiaalover-brenggroef 58. De overbrenggroef 58 is gevormd in het coaxiale 5 oppervlak 38 en heeft een open eind dat zich evenwijdig aan de as van de rotor 12 uitstrekt in de zone van de passage 30 stroomopwaarts van het oppervlak 56, dan dwars op de as van de rotor 12 dwars over het deel van het rotoroppervlak 20 tussen de kanalen 29 en 33 en dan evenwijdig aan de as van de rotor 10 12 in de zone van de passage 34 stroomafwaarts van het oppervlak 78.

Zoals is beschreven in het aangehaalde Amerikaanse octrooischrift 4.227.816 kan de overbrenggroef 58 worden gevormd in verwijderbare stroomrichteenheden, die kun-15 nen worden gemonteerd in sleuven in het huis 16, die zijn· aangebracht om een samenwerking van de overbrenggroeven mogelijk te maken met gekozen passages. De blokkeerorganen en de pennen kunnen ook worden gedragen door de verwijderbare stroomrichteenheden .

20 De derde-trapspassage, bijv. passage 34 (figuren 1 en 7) is primair ontworpen om te functioneren als een druk- of pomptrap voor materiaal dat wordt toegevoerd uit de passage(s) van de tweede trap. De geometrie van de passage is dus gekozen om een passage te verschaffen met een capaci-25 teit die altijd tenminste gedeeltelijk gevuld blijft tijdens de werking en die in staat is om hoge afvoerdrukken op te wekken. Zoals is afgebeeld in figuur 7, wordt materiaal dat wordt toegevoerd aan de derde-trapsverwerkingspassage voorwaarts gesleept door de wanden van het kanaal 34 naar het 30 blokkeerorgaan 76. Materiaal dat wordt verzameld aan het oppervlak 78 wordt afgevoerd uit de verwerkingsinrichting door de uitlaat 80. Afvoerregelmiddelen, die zijn afgebeeld als smoor-klep 81 in figuur 7, zijn opgenomen om de afvoerdruk en/of snelheid van in de derde-trapspassage 34 verwerkt materiaal te 35 regelen.

Figuren 1 en 7 tonen een.derde-trapsverwer-kingssectie, die bestaat uit één passage, maar meer dan één passage kunnen worden toegepast. De passages kunnen parallel 8300006 * - 13 - of in serie zijn geschakeld. Bijv. kunnen meerdere derde-trapsverwerkingspassages zijn verbonden, zodat materiaal kan worden overgebracht van één derde-trapsverwerkingspassage naar een andere voor afvoer uit de verwerkingsinrichting.

5 Anders kunnen meerdere derde-trapsverwerkingspassages zijn verbonden, zodat materiaal wordt toegevoerd aan elke passage en afgevoerd uit de verwerkingsinrichting uit elke passage.

Van meerdere passages voorziene verwerkings-inrichtingen volgens de uitvinding vormen zeer doelmatige 10 polymeerverwerkingsinrichtingen, die speciale werk- en ont-werpvoordelen verschaffen. Een meer-trapsverwerkingsinrichting, zoals is beschreven en afgebeeld biedt dergelijke voordelen als compacte afmeting, laag krachtverbruik en hoog pro-duktievermogen voor het op doelmatige wijze smelten, mengen en 15 afvoeren van een polymeer smeltprodukt van gelijkmatig 'hoge kwaliteit bij althans nagenoeg constante snelheid en druk.

VOORBEELD

Een van meerdere trappen voorzien roterende verwerkingsinrichting van het type dat is beschreven met ver-20 wijzing naar figuren 1-7, is toegepast om polyethyleen van lage dichtheid te verwerken. De verwerkingsinrichting omvatte een rotor met een buitendiameter van 35,56 cm, die een opstelling van verwerkingspassages droeg zoals is afgebeeld in figuur 1, die zijn verbonden door materiaaloverbrenggroeven. De 25 materiaaloverbrenggroeven waren gevormd in het coaxiale oppervlak van het stilstaande huis in althans nagenoeg dezelfde opstellingen als is afgebeeld in figuren 2, 4, 5 en 7.

De eerste-trapspassages van de verwerkingsinrichting omvatten vier wigvormige kanalen zoals is afgebeeld 30 in figuren 1-4. Elk kanaal heeft een maximumbreedte van 2,54 cm, een minimumbreedte van 1,65 cm en een hoogte van 6,22 cm. De afstand tussen kanalen aan het rotoroppervlak 20 was 2,54 cm. De tweede-trapspassage omvatte een kanaal met een rechthoekige doorsnede met een breedte van 2,54 cm en een hoogte 35 van 6,22 cm. Het blokkeerorgaan 54 was aangebracht ongeveer 180° vanaf de omtrekspositie van de eerste-trapsblokkeerorga-nen 48. De derde-trapsverwerkingspassage omvatte een wigvormig kanaal met een maximumbreedte van 0,64 cm, een minimumbreedte 8300006 - 14 - van 0,41 cm en een hoogte van 6,22 cm.

Bij het verwerken van polyethyleen van lage dichtheid werd de verwerkingssnelheid van de eerste trap bepaald op 181,44 kg/hr bij een rotorsnelheid van 50 omw/min.

5 Aannemende dat geen druk wordt opgebouwd in de passage, kan de verwerkingssnelheidscapaciteit van de tweede-trapspassage bij dezelfde rotorsnelheid worden berekend door toepassing van de volgende vergelijking:

QD = N t (1 - α2) H

10 waarin: 3

Qd = stroomsnelheid, cm /sec N = rotorsnelheid, rotatie/sec Rjj « buitenzijde rotor straal, cm “ “ Rs/RD .....

15 R„ = straal van wortel van kamer, cm s H = kanaalbreedte, cm

Voor de tweede-trapspassage van dit voorbeeld: N = 50 rpm = 0,833 rotaties/sec ®D = hOD = 17,78 cm 20 Rg = Rj2 - kanaaldiepte = 11,56 cm = 0,65 H = 2,54 cm

Volgens vergelijking (1) wordt de stromingssnelheid Qn bere-

3 U

kend op 1213,46 cm /sec. Aannemend dat de dichtheid van het 25 gesmolten materiaal- 0,801 g/cm is, wordt de verwerkingssnelheidscapaciteit bepaald op 3499 kg/hr.

Het bovenstaande demonstreert de ernst van het verschil of de afwijking die kan bestaan tussen de snelheid (181,44 kg/hr), waarmee de eerste trap gesmolten mate- 30 riaal toevoert en de verwerkingssnelheidscapaciteit van de tweede-trapspassage (3499 kg/hr). Een dergelijk verschil verschaft van nature onderbrekingen in de stroming van gesmolten materiaal binnen de tweede-trapspassages en in de verwerkings-passages, die materiaal opnemen uit de tweede-trapspassages.

35 De onderbrekingen verschaffen een niet-gelijkmatige, ongeregelde stromingssnelheid, die wordt gekenmerkt door ernstige schommelingen in de kwaliteit, temperatuur en druk van het 8300006 ► ' Λ· - 15 - verwerkte materiaal, in het bijzonder aan de afvoer van de verwerkingsinrichting.

De schommelingen of stoten in uitlaattempera-tuur en -druk worden dramatisch geïllustreerd in figuur 8, 5 die een grafiek is van werkelijke gegevens die zijn opgetekend door een strookkaartregistratie-inrichting tijdens een directe vergelijking van roterende verwerkingsinrichtingen die werken onder althans nagenoeg dezelfde omstandigheden. Polyethyleen van lage dichtheid werd toegevoerd aan de eerste trap van de 10 in het bovenstaande voorbeeld beschreven meer-trappige verwerkingsinrichting met een snelheid van 181,44 kg/hr met een rotorsnelheid van 50 omw/min. Het rechtse deel toont temperaturen (bovenste lijn) en drukken (onderste lijn) wanneer de verwerkingsinrichting gedurende 15 min. in werking werd gehou-15 den, zonder de instelbare overbrengsnelheidsregelmiddelen volgens de uitvinding. Tijdens de werking werd de afvoerklep ingesteld om een gemiddelde afleverdruk van ongeveer 88,70 kg/ 2 cm te verschaffen. De gemiddelde afvoersnelheid was 181,44 kg/hr. Zoals is afgeheeld schommelt de afvoerdruk van onder 2 2 20 70 kg/cm tot boven 112 kg/cm en schommelt de afvoertempera-tuur van ongeveer 107,22°C tot bijna 115,56°C.

Dezelfde verwerkingsinrichting, die de grafiek aan de rechterzijde van figuur 8 verschafte, werd toen gewijzigd in overeenstemming met de uitvinding. Een smoorpen 25 werd aangebracht althans nagenoeg zoals is afgebeeld in figuur 2, 4, 5 en 6 bij de inlaatzone van de tweede-trapsmengpassage om radiaal uit te steken in het kanaal van de tweede-trapsver-werkingspassage om een deel van het kanaal te blokkeren. De smoorpen werd ingesteld om een opening van 0,81 cm te ver-30 schaffen. De pen was rechthoekig in doorsnede, met zijspelingen Έ.2 tussen de pen en de kanaalwanden van 0,01 cm. Het toevoer-materiaal, de toevoersnelheid en de rotorsnelheid bleven hetzelfde. De afvoerklep werd weer ingesteld voor het verschaffen 2 van een gemiddelde afvoerdruk van ongeveer 88,70 kg/cm . De 35 gemiddelde afvoersnelheid was weer 181,44 kg/hr. Het linkerdeel van figuur 8 toont de drukken (onderste lijn) en temperaturen (bovenste lijn), die werden geregistreerd, wanneer de verwerkingsinrichting in bedrijf werd gehouden met de boven 8300006 - 16 - beschreven sraoorpen aan de inlaat van de tweede trap. Zoals is afgeheeld ligt de afvoerdruk tussen ongeveer 84 kg/cm en on-2 geveer 98 kg/cm en ligt de afvoertemperatuur tussen ongeveer 1I5,560C en ongeveer 118,33°C.

5 Uit het bovenstaande voorbeeld is het duide lijk dat de nieuwe van meerdere passages voorziene roterende verwerkingsinrichtingen volgens de uitvinding onderscheidende en onverwachte voordelen verschaffen boven roterende verwerkingsinrichtingen die eerder op dit gebied bekend waren op het 10 tijdstip dat de uitvinding werd gedaan. In wezen maakt de toepassing van de uitvinding een doelmatig gebruik mogelijk van combinaties van verwerkingspassages met geometrieën, die een verschil leveren dat druk-, temperatuur- en stroomsnel-heidsschommelingen kan veroorzaken. De uitvinding vergroot dus 15 op doelmatige wijze de toepasbaarheid en doelmatigheid-van roterende verwerkingsorganen, in het bijzonder in termen van de verwerkingsbehandelingen die worden uitgevoerd door van meerdere trappen voorziene roterende verwerkingsinrichtingen.

20 8300006

Claims (9)

1. Roterende verwerkingsinrichting, voorzien van een roteerbaar element dat meerdere verwerkingskanalen draagt en een stilstaand element met een coaxiaal sluitopper-5 vlak, dat werkzaam is aangebracht bij de kanalen om omsloten verwerkingspassages te vormen, waarbij elke verwerkingspassage een inlaat heeft, een uitlaat en een kanaalblokkeerorgaan, dat is verbonden met het stilstaande element en zo is aangebracht dat aan de inlaat toegevoerd materiaal voorwaarts kan worden 10 gevoerd door de kanaalwanden naar het blokkeerorgaan voor afvoer door de uitlaat, waarbij één of meer verwerkingspassages materiaal overbrengen naar een verdere verwerkingspassage en waarbij de geometrie van die ene of meerdere verwerkingspassages ten opzichte van de geometrie van de verdere verwerkings-15 passage zodanig is, dat die ene of meerdere verwerkingspassages in staat zijn om materiaal te verwerken en af te voeren met een volumetrische snelheid die kleiner is dan de snelheid waarmee de verdere verwerkingspassage het materiaal kan opnemen en verwerken, met het kenmerk, dat 20 bij de inlaat van de verdere verwerkingspassage een instelbaar middel is aangebracht dat zich uitstrekt in het kanaal om een deel van het kanaal te blokkeren en daardoor aan de verdere verwerkingspassage de geschiktheid te geven om selectief de opneem- en verwerkingssnelheid van de passage in te stellen om 25 de ingestelde snelheid te coördineren met de snelheid waarmee materiaal wordt toegevoerd aan de verdere verwerkingspassage om vooraf gekozen verwerkingscondities te verschaffen voor de verdere verwerkingspassage en om de vooraf gekozen verwerkingscondities voor de passage tijdens de werking te handhaven.

2. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een materiaaloverbreng-groef is gevormd in het sluitoppervlak en is aangebracht en uitgèvoerd om materiaal over te brengen van de ene of meerdere verwerkingspassages naar de verdere verwerkingspassage.

3. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het instelbare middel een smoororgaan omvat.

4. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 1, 8300006 - 18 - met het kenmerk, dat het instelbare middel een smoororgaan omvat, dat radiaal instelbaar is ten opzichte van de verdere verwerkingspassage om op nauwkeurige wijze de materiaalverwerkingssnelheid in de passage vóór of tijdens 5 het verwerken in te stellen.

5. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het smoororgaan is voorzien van: (a) een smoorpen, die zich radiaal uitstrekt 10 in de verdere verwerkingspassage en afmetingen heeft om volledige of bijna volledige blokkering van de passage toe te laten en die kan zijn gevormd om elke gewenste aanvullende verwerking uit te voeren; (b) een positioneermiddel, dat is verbonden 15 met het sluitoppervlak van het stilstaande element, welk- · positioneermiddel inwendige afmetingen heeft die het althans nagenoeg volledig terugtrekken van de smoorpen uit de verdere verwerkingspassage toelaten en complementair aan de smoorpen is gevormd om weerstand te bieden tegen afbuiging van de pen 20 in de rotatierichting van het roteerbare element en een boring in zijn radiaal buitenwaarts gericht oppervlak heeft; (c) een instelschroef die is ontworpen om samen te werken met de smoorpen en de boring om de smoorpen radiaal in en uit de verdere verwerkingspassage te bewegen en 25 de pen te plaatsen voor het verschaffen van de gewenste mate van instelling van de opneem- en verwerkingssnelheid in de passage.

6. Verwerkingsinrichting volgens conclusies 1,2,3 of 4, met het kenmerk, dat de ver- 30 werkingspassages meerdere met elkaar verbonden verwerkings-trappen verschaffen met een eerste verwerkingstrap met tenminste êên passage met inlaatmiddelen en een blokkeerorgaan en een eerste-trapsmateriaaloverbrenggroef, die geschikt is voor het opnemen van door het blokkeerorgaan geblokkeerd materiaal 35 en voor het afleveren van het opgenomen materiaal aan een tweede verwerkingstrap met tenminste één passage, die geschikt is om materiaal op te nemen uit de eerste-trapsmateriaalover-brenggroef en met een blokkeerorgaan en een tweede-trapsmate- 8300006 * 4 - 19 - riaaloverbrenggroef, die geschikt is om door het blokkeeror-gaan geblokkeerd materiaal op te nemen en over te brengen naar een derde verwerkingstrap aangrenzend aan en buitenwaarts van de tweede verwerkingstrap en met tenminste één passage, die 5 in staat is om afleverdrukken te ontwikkelen en middelen heeft die zijn uitgevoerd voor het opnemen van in de tweede trap verwerkt materiaal en een bij een uitlaat aangebracht blokkeer-orgaan voor afvoer van materiaal uit de verwerkingsinrichting.

7. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 6, 10 gekenmerkt door middelen om tenminste de passage(s) van de eerste verwerkingstrap te verwarmen.

8. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 6, waarbij de passage(s) van de eerste verwerkingstrap is of zijn gevormd met een wigvormig kanaal (wigvormige kanalen).

9. Verwerkingsinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het blokkeerorgaan (de blokkeerorganen) van de passage(s) van de tweede verwerkingstrap is of zijn aangebracht ongeveer 180° vanaf de omtreks-positie van het blokkeerorgaan (blokkeerorganen) van de passa-20 ge(s) van de eerste verwerkingstrap. 25 8300006