Verfahren und Vorrichtung zur t-Iersíelltlllg von Suspensionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Suspensionen, insbesondere von fein zerteilten, zerkleinerten festen Materialien in flüssigen polymeren Substanzen. In einer besonderen Ausführungsform betrifft die Erfindung das Einbringen von sehr feinteiligem Russ und funktional äquivalenten Materialien in flüssige Natur- und Synthesekautschuksuspensionen.
In der Kautschukindustrie ist es üblich, sehr fein vermahlenen Russ in Kautschukprodukte einzubringen, insbesondere in diejenigen, die für die Herstellung von Fahrzeugreifen und dgl. verwendet werden, um den Kautschuk zu verstärken und seinen Modul zu vergrössern. Es werden verschiedene Methoden angewandt, um den Russ in den Kautschuk einzubringen, wobei die wirksamste das Mischen einer wässrigen Suspension des Russes in Form einer Aufschlämmung mit dem Kautschuk in Form eines Latex ist, wobei ein inniges und gleichmässiges Gemisch erhalten wird, das unter Bildung eines festen Kautschukproduktes koaguliert wird, das den Russ gleichmässig fein darin verteilt enthält.
Eines der störendsten Probleme jedoch, das sich sofort beim Russaufschlämmungsverfahren ergab, war die Bildung und Erhaltung der Russaufschlämmung selbst.
Russ ist hydrophob und daher schwierig mit Wasser zu mischen. Überdies ist es um so schwieriger, ihn mit Wasser zu benetzen, je feiner er ist. Es hatte sich daher als notwendig erwiesen, Dispergierungsmittel, wie Detergentien oder oberflächenaktive Mittel, in die Aufschlämmung einzubringen. Die Dispergierungsmittel beeinflussen jedoch die Bindung zwischen dem Russ und dem Kautschuk nachteilig und erniedrigen dadurch die Verstärkungswirkung des Russes erheblich. Ausserdem ergab das Erfordernis zur ansatzweisen Herstellung der Aufschlämmungen vor der Verwendung verschiedene Probleme der Lagerung, wie Verunreinigungen und Absetzen.
Die obigen Probleme werden grossenteils durch die Anwendung des Mahlens mit Dampf überwunden, wobei das Russrohmaterial in Form von pellets kontinuierlich in ein längliches, ringförmiges Gehäuse eingeführt wird, wo es Dampfströmen hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird. Die festen Russteilchen werden durch die Ströme hoher Geschwindigkeit in heftige Turbulenz gebracht, wodurch die Teilchen aufeinanderprallen und sich schnell aneinander zerreiben. Danach wird die Gassuspension von zerkleinertem Russ in Dampf durch Wasserstrahlen abgeschreckt. Der abgeschreckte Dampf benetzt sofort die feinvermahlenen Russteilchen und bildet eine homogene, wässrige Suspension oder Aufschlämmung des Russes ohne das Erfordernis für irgendwelche Dispergierungsmittel.
Die Aufschlämmung wird dann mit Kautschuklatex gemischt, wonach das Gemisch mit einem Koagulierungsmittel, wie verdünnter Schwefelsäure, behandelt wird.
Die oben bescllriebene Arbeitsweise unter Anwendung der Dampfvermahlung hat gewöhnlich mehrere Nachteile. So ist es beispielsweise notwendig, getrennte Einheiten für das Mahlen, das Abschrecken, das Mischen und das Koagulieren, mit getrennten Leitungen, Ventilen, Pumpen und dgl., zu verwenden. Dies erfordert eine verhältnismässig grossflächige Anlage. Um überdies maximale Wirksamkeit und feinste Vermahlung zu erzielen, sollte der Dampf auf so hohe Temperatur überhitzt sein, wie sie durch das zu vermahlende Material zugelassen wird.
Dies ist deswegen notwendig, weil die Geschwindigkeit des Dampfes oder des anderen gasförmigen Mediums, das die Düse verlässt, sich direkt mit der Quadratwurzel der absoluten Temperatur des in die Düse eintretenden fluiden Mediums ändert, während die kinetische Energie sich direkt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändert. Je grösser daher die Geschwindigkeit des fliessfähigen Mediums ist, um so grösser ist die Mahlenergie und um so feiner die Teilchengrösse.
Es ist auch bekannt, dass Sauerstoff auf den Oberflächen der Russteilchen in Form von Russ-Sauerstoff Komplexen chemisorbiert wird, und dass dieser Oberflächensauerstoff eine verzögernde Wirkung auf die Vulkanisation der verstärkten Kautschukprodukte hat. Die ser Sauerstoff wird zum grossen Teil durch Erhitzen auf hohe Temperatur entfernt, wobei molekularer Wasserstoff und Sauerstoff als Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd entweicht.
Wenn jedoch gewöhnliche Abschrecktürme mit gewöhnlichen Sprühanlagen geringer Energie verwendet werden ist es wirtschaftlich nicht tragbar, extrem hohe Dampftemperaturen anzuwenden, da eine übermässig grosse Menge Wasser verwendet werden müsste, um eine ausreichende Kühlung zu bewirken, und dies würde eine grössere Kühlfläche in Form von ausserordentlich grossen Kühltürmen erfordern.
Ein ausserordentlich wirksamer Betrieb dieses Verfahrens bestände darin, die Abschreckrieseltürme für den doppelten Zweck zu verwenden, gleichzeitig erstens den Dampf abzuschrecken oder zu kondensieren und zweitens den Latex für das Vermischen mit dem benetzten Russ zuzuführen. Auf diese Weise würde das Endgemisch einen viel grösseren Mengenanteil von Latexfeststoffen im Verhältnis zum Wasser enthalten.
Dies ist jedoch in üblichen Abschrecktürmen nicht möglich, da die Temperatur des dampfgernahlenen Russes weit über dem Siedepunkt von Wasser (100 OC) liegt, und wenn der Latex in den Abschrecksprühregen in irgendeiner Konzentration ausser der grössten Verdünnung eingemischt würde, würde das Wasser schnell verdampfen und der Latex würde zurückbleiben und in festen Klumpen agglomerieren, die für das Überziehen der Russteilchen nicht brauchbar wären. Ausserdem wäre es bei der Verarbeitung einiger Latices oder anderer Arten von polymeren Substanzen, die durch hohe Temperaturen nachteilig beeinflusst würden, nicht möglich, solche Substanzen in der Zone hoher Temperatur, selbst in der grösstmöglichst verdünnten Form, einzubringen.
Ein Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen Suspensionen von Russ und funktional ähnlichen Materialien, wodurch die grösste Feinheit der Teilchengrösse leicht und schnell erhalten wird.
Ein weiteres Ziel ist ein Verfahren dieser Art, welches erlaubt, den Oberflächensauerstoff auf den Teilchen zu entfernen.
Dieses Verfahren erlaubt die Bildung von verstärkten polymeren Substanzen in einem Durchgang, wobei das Mahlen der Verstärkungsteilchen, das Mischen der Teilchen mit der polymeren Substanz in fliessfähigem Zustand und das Koagulieren des Gemisches automatisch einander unter den wirksamsten Bedingungen und in den richtigen Mengenanteilen folgen können.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, z. B. in Form einer aus einem Körper bestehenden Einheit, wobei alle Stufen des Mahlens von Verstärkungsteilchen, der Oberflächenbenetzung der Teilchen, des Mischens von Verstär kungsteilchen mit fliessfähigem Polymerem und das Koagulieren des Gemisches automatisch während eines einzigen Arbeitsganges der Einheit bewirkt werden.
In dieser Vorrichtung können die Temperatur- und Druckbedingungen gemäss der Art des zu behandelnden Polymeren variiert werden.
Dank der Vorrichtung der genannten Art kann die Grösse der Loagulierten Teilchen leicht je nach Wunsch variiert werden.
Andere Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeidinung ersichtlich. Es bedeutet:
Fig. 1 einen teilweise schematischen Seitenriss einer Vorrichtung, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie 22 von Fig. 1,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 1,
Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2.
Die Zeichnung sei nun näher erläutert. Es ist eine Behandlungseinheit gezeigt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist und einen rohrförmigen Kamin 12 enthält, der an seinem oberen Ende mit einem radial sich nach aussen erstreckenden hohlen Kopfstück 14 so verbunden ist, dass der Durchtritt von gasförmigem Medium möglich ist. Das Kopfstück 14 ist innen in eine äussere, ringförmige Mahlkammer 16, eine mittlere ringförmige Einschnürung oder Kehle 18 und eine ringförmige innere Abschreckkammer 20 geteilt. Die Abschreckkammer 20 ist mit einer zentralen Öffnung versehen, durch welche sich ein Wassereinlassrohr 22 erstreckt, das an seinem äusseren Ende (nicht gezeigt) mit einer Quelle für Wasser verbunden ist.
Dieser Wassereinlass 22 umgibt ein koaxiales Belüftungsrohr 24 mit einem Steuerventil bzw. Rückschlagventil 25.
Den äusseren Umfang des Kopfstückes 14 umgibt ein ringförmiger Dampfkasten 26, der durch eine Leitung 27 mit Ventil mit einer Quelle für Dampf verbunden und mit der äusseren oder Mahlkammer 16 durch mehrere Düsen 28, die tangential relativ zum Umfang des Kopfstückes 14 angeordnet sind, in solcher Verbindung steht, dass ein Durchtritt von gasförmigem Medium möglich ist. Die Düsen 28 sind vorzugsweise vom sog. Konvergenz-Divergenz-Typ. Dieser Konvergenz-Divergenz-Typ von Düse ergibt Oberschallgeschwindigkei- ,den, d. h. Geschwindigkeiten, die grösser sind als die Ge schwindigkeit von Schall im gleichen Medium, beim gleichen Druck und der gleichen Temperatur.
Die tangentiale Anordnung der Düsen ist derart, dass der Weg des Dampfes von einer Düse den Weg des Dampfes von einer anderen kreuzt, wodurch grössere Möglichkeiten für den Aufprall der Teilchen in den Strömen gegeneinander erzeugt und demgemäss eine erhöhte Pulverisierung als Ergebnis der Zusammenstösse der Teilchen bewirkt wird.
Wie oben erwähnt, nimmt die Geschwindigkeit mit steigender Temperatur zu, und die kinetische Energie erhöht sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
Wenn daher zum Temperaturanstieg ein weiterer Anstieg der Düsengeschwindigkeit addiert wird, wird die erhaltene kinetische Energie noch stärker erhöht und demgemäss wird der Grad der Pulverisierung auf Grund des Zusammenstossens der Teilchen noch stärker er höht. Diesbezügliche Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung von Dampf mit einer Temperatur von 227 OG die Düsengeschwindigkeit einer gewöhnlichen Düse vom abgestutzten Typ etwa 470 m/sec. beträgt, was Schallgeschwindigkeit darstellt, und einen Faktor der kinetischen Grundenergie von 100 /o ergibt.
Bei 427 oC beträgt bei Verwendung der abgestutzten Düse die Geschwindigkeit etwa 79 m/sec. mit einem Faktor der kinetischen Energie von etwa 105 O/o und bei 538 "C beträgt die Geschwindigkeit etwa 625 m/sec. mit einem Faktor der kinetischen Energie von etwa 175 0/0. Wenn jedoch eine Konvergenz-Divergenz-Düse bei Dampf von 427 0C verwendet wird, erhält man eine Überschallgeschwindigkeit von etwa 945 m/sec. mit einem Faktor der kinetischen Energie von etwa 400 O/o, während bei 538 OC mit einer solchen Düse die Geschwindigkeit etwa 1372 m/sec. mit einem Faktor der kinetischen Energie von etwa 850 O/o beträgt.
Die Tangentialanordnung der Düsen 28 wirkt mit einer tangentialen Zufuhr des Russes oder des anderen zu pulvernden Materials zusammen, um eine drehende Bewegung des Gemisches von Dampf und Teilchen in der Mahlkammer 16 zu erzeugen. Der Russ oder das andere teilchenförmige Material wird in einen ringförmigen Verteilerstutzen 30 mittels eines oder mehrerer Injektionszufuhrtrichter 32 mit Venturidüsen 34 eingeführt. Diese Venturidüsen werden mit Antriebsdampf durch die Zuführungen 36, die mit einer Quelle für Dampf (nicht gezeigt) verbunden sind, gespeist. Gewünschtenfalls können die dampfbetriebenen Venturizufuhrvorrichtungen durch mechanische Schneckenförderer oder andere gewünschte Arten von Zufuhrvorrichtungen ersetzt werden.
Der kreisförmige Stutzen 30, welchem die Venturidüsen das Material zuführen, liegt über der Mahlkammer 16 und ist damit mittels mehrerer tangentialer Einlassdüsen 38 verbunden.
Das Mahlen oder Pulverisieren des Russes in der Kammer 16 wird durch die heftige Strahlwirkung des durch die Düsen 28 eingeführten Dampfes bewirkt, wobei die Festteilchen durch die Ströme mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit in heftige Turbulenz gebracht werden und miteinander zusammenstossen und sich schnell aneinander zerreiben. Wenn die Pulverteilchen in dem durch den Dampf hoher Geschwindigkeit erzeugten Wirbel herumgewirbelt werden, werden die feineren Teilchen durch den viskosen Zug des Dampfes radial nach innen gegen die ringförmige Kehle 18 getragen, während die schwereren Teilchen weiter herumwirbeln und in der Kammer 16 aufeinanderprallen, wo zusätzliche Rohbeschickung aus den Düsen 38 mit ihnen zusammentrifft, bis sie ihrerseits zu Teilchen ausreichend feiner Grösse gepulvert sind, um gegen die Kehle 18 getragen zu werden.
An der ringförmigen Kehle 18 erhöht sich die Umdrehungsgeschwindigkeit, da der Durchmesser der Kehle geringer ist als der Durchmesser der Kammer 16, und demzufolge erhöht sich die Zentrifugalkraft beträchtlich.
Die verhältnismässig enge Kehle hat auch einen Venturieffekt, um den Dampf und die mitgeschleppten Teilchen zu beschleunigen. Dies erzeugt seinerseits einen grösseren Wirbel, der eine Sperre um den Wirbel in der Kammer 16 gegen das unabsichtliche Entweichen der grösseren Teilchen bildet.
Die feinen Teilchen, die mit dem Dampf vermischt sind, der durch die Düsen 28 bei einer Temperatur von vorzugsweise etwa 540"C eingespritzt wird, gelangen spiralförmig durch die Kehle 18 gegen die Kammer 20.
Vor dem Eintritt in die Kammer 20 werden sie jedoch der Wirkung von Strahlen von feinversprühtem Wasser aus Düsen 40 unterworfen, die um den Umfang der Kehle 18 angeordnet und mit einer Quelle für Wasser (nicht gezeigt) verbunden sind. Dieses Wasser wird bei einer ausreichenden Temperatur gehalten, um einen plötzlichen Temperaturabfall des Dampfes von etwa 540 0C auf etwa 107 C zu bewirken. Die plötzliche Änderung von einer absoluten Temperatur von etwa 813 "K zu einer absoluten Temperatur von etwa 380 OK bewirkt eine Volumenabnahme von über 50 O/o zu dem Zeitpunkt, wo der Dampf und die mitgeschleppten Teilchen in die innere Kammer oder Abschreckkammer 20 eintreten.
Das Gemisch aus vorgekühltem Dampf und Teilchen, das jetzt etwa auf die Hälfte seines ursprünglichen Volumens geschrumpft ist, tritt spiralförmig in die Kammer 20 ein, die zwar etwas breiter als die Kehle 18 ist, jedoch insgesamt eine geringere Strömungsfläche wegen des geringeren Durchmessers der Kammer 20 hat. In der Kammer 20 wird der vorgekühlte Dampf plötzlich von einem starken Wasserstrom aus dem Einlass 22 getroffen, und da der Dampf und die mitgeschleppten Teilchen noch in einem Wirbel von hoher Intensität wirbeln, wird der Wasserstrom selbst gefangen und herumgewirbelt, während der Wirbel ein teilweises Vakuum in der Mitte erzeugt, das dazu beiträgt, noch mehr Wasser vom Einlass 22 herabzusaugen. Das im Wirbel gefangene Wasser bewirkt eine Erniedrigung der Temperatur des Dampfes auf unterhalb den Siedepunkt, so dass die Kondensation beginnt.
Eine zusätzliche Wasserströmung wird am äusseren Umfang der Kammer 20 durch mehrere tangential angeordnete Einlässe 42 gebildet, die von einer ringförmigen Kammer 44 herführen, die mit Wasser unter Druck durch eine Leitung 45 gespeist wird, die mit einer Quelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Das Wasser aus den Einlässen 42, das wegen der tangentialen Form der Einlässe in der gleichen Drehrichtung wie der Wirbel in der Kammer 20 fliesst, bildet eine Schranke am äusseren Umfang des Wirbels, so dass jeglicher nicht kondensierter Dampf zwischen zwei Wasserwänden, d. h. dem Wasser, das vom Einlass 22 eintritt und demjenigen, das aus den Einlässen 42 eintritt, eingeschlossen wird.
Gewünschtenfalls kann die tangentiale Anordnung der Einlässe 42 so gelegt werden, dass die Strömung daraus der Drehungsrichtung des Wirbels in der Kammer 20 entgegengesetzt ist, so dass noch grössere Turbulenz zur Erzielung einer noch grösseren Mischwirkung erfolgen kann. Vorzugsweise werden jedoch die Einlässe 42 so angeordnet, dass der Wirbelstrom vergrössert wird, um das maximale Ausmass an kinetischer Energie im Wirbel aufzubauen.
Alle nicht kondensierbaren Gase und Dämpfe in der Kammer 20 lässt man durch das Belüftungsrohr 24 austreten, aus welchem sie in einen Verteiler 46 gelangen, der mit den verschiedenen Einfülltrichtern 32 durch Leitungen 47 verbunden ist. Diese Gase und Dämpfe dienen dazu, die Zufuhr der Teilchen aus diesen Trichtern zu unterstützen. Das Steuerventil 25 wirkt hier zur Verhinderung eines Zurückfliessens, falls in der Leitung ein überschüssiges Vakuum auftritt.
Der Wirbel in der Kammer 20 geht nach unten durch den Kamin 12, der, wie gezeigt, aus teleskopförmigen Abschnitten 48 und 49 besteht, wodurch eine Einstellung in der Länge des Kamins je nach Wunsch erfolgen kann. Alle üblichen geeigneten Mittel, um die Kaminabschnitte in der eingestellten Lage zu halten, wie beispielsweise Feststellschrauben, Schlitzführungen und dgl., können angewandt werden.
Wenn der Wirbel nach unten durch den Kamin 12 geht, wird ein Strom von flüssigem Latex durch den oberen Abschnitt 48 desselben mittels eines Einlasses 50 eingeführt, der biegsam mit einer Quelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Einlass 50 liegt tangential zum Umfang des Abschnittes 48 des Kamins 12 und ist vorzugsweise so angeordnet, dass der daraus austretende Latex sich in einer Richtung entgegen derjenigen des Wirbels bewegt, wodurch eine erhöhte Turbulenz und erhöhtes Mischen erfolgen. Gewünschtenfalls kann jedoch die tangentiale Anordnung des Einlasses 50 derart sein, dass der Strom daraus die Rotationsströmung des Wirbels vergrössert und so seine kinetische Energie erhöht.
Wenn der gesamte Wirbel den Boden des Kamins 12 erreicht, gelangt er in den verhältnismässig weiten Mischbehälter 54, wo er zusammenbricht. Das Zusammenbrechen des Wirbels bewirkt ein grosses Ausmass an Turbulenz. Dies vervollständigt das Mischen zwischen den Teilchen, die nun in einer wässrigen Suspension dis pergiert sind, und dem flüssigen Latex. Gleichzeitig wird das Koagulierungsmittel in den Mischbehälter 54 durch einen Einlass 56 eingeführt, der mit einer Dosierpumpe
60 verbunden ist. Das Koagulans kann jedes geeignete übliche Material sein, wie Alaun, Säuren, wie Schwefel säure, Salzsäure, Phosphorsäure und Essigsäure, Salze und dgl. Die Pumpe 60 ist ihrerseits mit einem Behälter
62 verbunden, der selbst mit einer Quelle für konzentrierte Säure oder einem anderen Koagulans durch die Leitung 64 verbunden ist.
Da das Koagulieren Zeit er fordert, kann der Behälter 54 recht grosse Abmessungen haben, und wahlweise ist ein Rührer 66 neben dem offenen Boden des Kamins 12 vorgesehen, um in Gegen richtung zum Wirbel, wenn er vom Kamin herabkommt, zu rotieren, so dass eine erhöhte Turbulenz und ein erhöhter Kontakt zwischen der Suspension von Teilchen und Latex (Stammansatz genannt) und dem Koagulans eintritt.
Der Kamin 12 ist auf eine gewünschte Höhe einstell bar, um darin einen vorbestimmten Überdruck zu erhalten, der von der Kaminhöhe abhängt. So ergibt bei spielsweise ein Kamin von ca. 3 m Höhe einen Druck von 2 kg bzw. 1,34 atü, der einer Kondensationstemperatur von 107,2 0C entspricht. Dieser Überdruck hilft mit, jegliches Verdampfen durch allfälligen im Kamin unkondensierten Dampf zu verhindern.
Wenn das Koagulans im Behälter zunimmt, steigt der Spiegel bis zu dem Punkt, wo er den Behälter durch den Auslass 68, der ein Druckeinstellventil 70 aufweist, verlässt. Das Ventil 70 ist tatsächlich eine veränderliche Verengung, um den Druck der Flüssigkeit im Behälter 54 einzustellen. Dies stellt seinerseits die Höhe der Flüssigkeit im Kamin ein. Der Auslass 68 ist vorzugsweise umgekehrt tangential relativ zum Fluss des Koagulums im Behälter angeordnet, so dass das Koagulum normalerweise durch ihn fliesst, sobald es dessen Niveau erreicht. Oben auf dem Behälter 54 ist eine Abzugsleitung 72 vorgesehen, um alle nicht kondensierbaren Gase vom Behälter abzulassen. Diese Gase werden dann durch eine Leitung 73 in einen Verteiler 74 geführt, aus welchem Leitungen 75 in die verschiedenen Aufgabetrichter 32 führen, um die Zuführung des Materials darin zu unterstützen.
Ein Ablass 76 ist in der Leitung 73 vorgesehen, um einen Teil der nicht kondensierbaren Gase abzulassen.
Das Koagulum fliesst durch den Auslass 68 auf ein geneigtes Entwässerungssieb 77, durch welches das Koagulansserum in ein Gefäss 78 gelangt, während die Stammansatzkrume (die mit Latex bedeckten Russteilchen) über das Sieb 77 in einen Waschbehälter 80 gelangt. Mindestens ein Teil des Serums, das restliches Koagulansmittel enthält, wird vom Gefäss 78 durch eine Leitung 82 mit einem Dosierventil 84 darin abgezogen und gelangt mittels einer Pumpe 88 durch eine Leitung 86 in den Behälter 62. Alles überschüssige Serum wird vom System durch eine Leitung 90 mit einem Ventil 92 abgezogen. Im Behälter 62 wird das im Kreislauf zurückgeführte Serum dazu verwendet, den pH-Wert des frischen Koagulans einzustellen.
Wenn beispielsweise die frische Säure einen pH-Wert von 1,7 hat und ein pH Wert von 3 gewünscht ist, wird das Serum zur Einstellung derselben auf den richtigen Säurezustand verwendet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausmass an Turbulenz im Behälter 54 die Grösse der Krume beeinflusst. Je grösser der Grad an Turbulenz ist, um so geringer ist die Teilchengrösse der Krume.
Die Krume wird gründlich mit Wasser im Waschbehälter 80 gewaschen und dann durch die üblichen Ent wässerungs-, Trocknungs- und anderen Behandlungen (nicht gezeigt) geführt.
Die obige Beschreibung betrifft vor allem die Verwendung von Russteilchen als Verstärkung für Kautschuk, insbesondere Synthesekautschuk, der leicht in der Latexphase mit dem Russ verteilt werden kann. Es wurde jedoch nun festgestellt, dass andere teilchenförmige Materialien als Russ als Verstärkungsmittel für Kautschuk, entweder selbst oder in Mischung mit Russ, verwendet werden können, wenn man sie fein genug mahlen kann. Zu solchen Materialien gehören Kieselsäure bzw. Quarz, Talcum, bituminöse und anthrazitische Kohle, Gilsonit und dgl. Es scheint nun tatsächlich wahrscheinlich, dass eher die Kleinheit der Teilchengrösse als die Zusammensetzung der Teilchen der Hauptfaktor ist, der deren Wert als Verstärkungsmittel bestimmt.
Unter diesen Umständen ist das erfindungsgemässe Verfahren von grösserer Wichtigkeit, da es gestattet, Teilchen mit einem Grad der Zerkleinerung zu erzielen, der bisher nicht möglich war. Dies ist der Fall, weil es imstande ist, den höchsten Grad an kinetischer Energie zu liefern, hohe Temperaturen von etwa 540 "C anzuwenden, während trotzdem die Menge an Wasser, die zu Kondensationszwecken benötigt ist, wie oben erwähnt, herabgesetzt ist. Es wurde beispielsweise gefunden, dass ein Verhältnis von 1 kg Dampf je kg Russ zu einer 1000/oigen Ausbeute von Teilchen mit einer kleineren Grösse als 2 u führt, und davon ist der Hauptteil kleiner als 1 u und in -Einheiten messbar.
Unter Anwendung der obigen Möglichkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung können andere Materialien als Russ zur Verwendung als Verstärkungsmittel gemahlen werden, oder Gemische können durch Verwendung eines Trichters 32 für Russ und eines anderen für Talcum und dgl. hergestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass das vermahlene Material nicht nurVerwendung als Verstärkungsmittel findet, sondern auch gleichzeitig als Färbepigment, als chemischer Katalysator oder für verschiedene andere mögliche Funktionen dient.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass es in der erfindungsgemässen Vorrichtung gut möglich ist, ein Gemisch von Wasser und Latex als Abschreck- oder Kondensationsmittel anstelle von Wasser allein zu verwenden, da das Gemisch durch den Einlass 22 in die Mitte der inneren Kammer 20 eingeführt wird, wo der Dampf schon fast zur Kondensationstemperatur vorgekühlt ist.
Daher besteht nur geringe Gefahr einer Agglomerisierung des Latex durch Verdampfen von Wasser. Auf diese Weise kann die Menge an Latex in einem gegebenen Gemisch stark gegenüber derjenigen, die bisher möglich war, erhöht werden.
Anderseits führen die in der äusseren Kammer 16 angewandten hohen Temperaturen nicht zu einer Erhöhung in der Geschwindigkeit des Dampfes, sondern dienen auch dazu, Sauerstoff von den Oberflächen der Russteilchen zu entfernen, indem er in Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd in der oben erörterten Weise überführt wird.
So können z. B. das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung dazu verwendet werden, um gleichzeitig Kaffee zu rösten und zu mahlen und ein Kaffeekonzentrat herzustellen, indem grüne Kaffeebohnen anstelle der Russteile verwendet werden und der Dampf durch die Düsen 28 bei einer Temperatur von etwa 200-300 OC eingeführt wird. Man führt dann die gleiche Arbeitsweise durch, wie sie oben beschrieben ist, was zur Sammlung eines Kaffeekonzentrates in Form einer Aufschlämmung im Behälter 54 führt.
Ein derartiges Kaffeekonzentrat behält alle flüchtigen Aromastoffe bei, und seine Teilchen sind so fein, dass sie nach weiterer Verdünnung als türkischen Kaffee verwendet werden können. Alternativ können die Feinanteile bei 77 abfiltriert werden, und das Kaffeekonzentrat kann in eine andere übliche Strahlmühle gespritzt werden, um Pulverkaffee zu erzeugen. Überdies kann das fliessfähige Medium aus den Düsen 28 mit so geringem Druck zugeführt werden, dass keine Mahlung, sondern nur eine Entwässerung und eine Röstung der grünen Kaffeebohnen bewirkt wird. Wenn dann die gerösteten Bohnen durch den Sprühregen aus den Abschreckdüsen 40 behandelt werden, werden sie ausreichend gekühlt, um sicher aus der Mühle ohne weitere Verarbeitung entfernt werden zu können.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung sind auch ausserordentlich gut geeignet zur Verarbeitung von Kakao und Schokoladeprodukten. Bei den bisher verwendeten üblichen Arbeitsweisen wird die Kakaobohne zuerst geröstet, dann werden die Bohnen gebrochen und gereinigt, um die Schale vom Kern zu trennen. Dieser Kakaokernbruch, der etwa 53 O/o Fett enthält, wird dann zur sog. Kakaomasse fein vermahlen. Diese Masse wird dann einer hydraulischen Filterpressung unterworfen, um ein Filtrat von Fettmaterial zu erhalten, das als Kakaobutter bekannt ist, während die zurückbleibenden Feststoffe als Kakaopresskuchen bezeichnet werden. Der Presskuchen wird dann durch Brechen, Mahlen, Kühlen und Klassieren mit kalter Luft in Kakaopulver überführt.
Die Kakaobutter wird bei der Herstellung von Süssschokolade, Milchschokolade und Schokoladenüberzügen in folgender Weise verwendet: Bestandteile, wie Zucker, Milchtrockensubstanzen, Aromastoffe, Nussfruchtfleisch bzw.
Nusskerne und dgl., werden miteinander vermischt und zu einer glatten Paste auf Walzenstühlen gemahlen. Die Paste wird dann längerem Conchieren unterworfen, wonach sie durch Zugabe der Kakaobutter in gewünschten Mengenanteilen auf die gewünschte Fliessfähigkeit eingestellt wird.
Es ist vorteilhaft, den Kernbruch nach Entfernung der Schale zu rösten, anstatt die ganze Bohne, da dadurch nicht nur die Röstwirksamkeit verbessert wird, sondern der Kern auch brüchiger wird und mit einem Minimum an Aufwand und Kraftbedarf in die Kakaomasse überführt werden kann. Dies wird durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung bewirkt, wodurch der Kakaokernbruch entweder selbst oder mit anderen Bestandteilen gemahlen werden kann, um gegebenenfalls entweder Kakaopulver oder Kakaomasse zu bilden.
Dies wird bewirkt, indem der Kakaokernbruch in der Kammer 14 bei einer Temperatur von etwa 104-140 OC gleichzeitig geröstet und gemahlen wird und das Gemisch mit einem Kühlmittel, wie beispielsweise trockener Luft bei Zimmertemperatur, Stickstoff oder Kohlendioxyd, das durch Düsen 40 eingespritzt wird, abgekühlt wird. Kakaobutter wird dann bei 42 zugegeben, und das erhaltene Produkt ist eine Kakao- bzw. Schokoladenmasse. Wenn man keine Kakaobutter zusetzt, ist das erhaltene Produkt ein Trokkenpulver, das eine neue Art von Bitterkochschokolade darstellt.
Will man Süss- oder Milchschokolade haben, werden die anderen Zusätze, wie Zucker, Milchtrockensubstanz, Aromastoffe und dgl., entweder durch die Beschickungseinlässe 38 oder durch die Düsen 40 oder durch beide zugesetzt. Gewünschtenfalls können getrennte Düsen in der Kammer 14 für diesen Zweck vorgesehen sein.
Wenn das Rösten vor der Einführung des Rohmaterials in die Kammer 14 bewirkt wird, können alle drei Arten von Schokolade, d. h. Bitterschokolade, Süssschokolade und Vollmilchschokolade, in der Kammer 14 gepulvert und erforderlichenfalls durch Sprühen aus den Düsen 40 gekühlt werden, wodurch eine neue Art von Trockenpulver erhalten wird.
Dieses Pulver kann zu Schokoladetafeln gepresst werden oder, wenn man eine Masse erhalten will, kann das Kühlen bei 40 weggelassen werden, und ein etwas erwärmtes, fliessfähiges Medium kann bei 42 eingeführt werden, um die Schokolade zu schmelzen. Sie kann dann durch Abkühlen verfestigt werden. Der Behälter 54 kann in Verbindung mit dem Mischer 66 verwendet werden, um ein Conchieren nachzuahmen. Bei dieser Arbeitsweise, bei der die Kerne vorgeröstet werden, befinden sich die bei 28 eintretenden Gase entweder bei Zimmertemperatur oder sind etwas gekühlt. In solchen Fällen werden, da Kakaobutter bei 33 OC schmilzt, gekühlte Gase unterhalb 21 C bei 28 eingeführt, und die verfestigte Kakaobutter kann dann an jeder Stelle danach eingeführt werden, um ein Pulver zu ergeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass nicht nur Pulverkaffee und gepulverter Kakao und gepulverte Schokolade, sondern auch viele andere gepulverte Nahrungsmittel ein Problem bezüglich der Dispergierung des Pulvers in Wasser oder anderen Flüssigkeiten darstellen. Dieses Problem wird erfindungsgemäss überwunden, indem die Teilchen, während sie sich in Suspension befinden, mit benetzbaren Substanzen, wie Zucker und dgl., überzogen werden, wodurch beim Mischen des netzbaren Materials mit der Flüssigkeit dieses schmilzt und die Spannung herabgesetzt wird, so dass die Teilchen voneinander abgestossen werden und eine sofortige Homogenisierung erreicht wird.
Weiter sei darauf hingewiesen, dass das durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erhaltene zerkleinerte Material als Füllstoffe für andere Substanzen als Naturoder Synthesekautschuk verwertbar ist. So kann beispielsweise die Vorrichtung verwendet werden, um Färbepigmente, Bindemittel, Verstärkungsmittel, Antistatikmittel, magnetische Mittel oder verschiedene andere Arten von Mitteln für die Dispergierung in thermoplastischen oder hitzehärtbaren Kunstharzen sowie Keramikmassen, Glas und dgl. zu liefern.
Es ist auch möglich, ein anderes fliessfähiges, gasförmiges oder flüssiges Medium denn Wasser als Vorkühlungsmittel vor dem Eintritt der Wirbelflüssigkeit und der eingeschlossenen Teilchen in die Kondensierungskammer 20 zu verwenden.