DE1948783B2 - Reaktor fur hochviskoses Material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor für hochviskoses Material, mit einem zylindrischen Kessel, einem die Außenwand des Kessels umgreifenden Heiz- oder Kühlmantel, einem zu η Kessel konzentrischen, im Querschnitt ringförmig doppelwandigen Rohr mit Anschlüssen für den Durchfluß eines Wärmeaustauschmittels, einem im zylindrischen lnnenraum des Kessels angeordneten Innenrührwerk und mehreren im Ringraum zwischen Kesselwand und Rohr angeordneten Außenrührwerken sowie einem Beschickungseinlaß und Auslässen unten bzw. oben am Kessel.

Reaktoren dieser Art sind bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 183 888). Sie dienen für die kontinuierliche Polymerisation von Materialien zum Erhalt hochviskoser Polymere. Für die Polymerisation ist dabei ein gründliches Erhitzen und gründliches Rühren der Materialien erforderlich. Hierfür ist der bekannte Reaktor mit einem Innenrührwerk in Form einer Förderschnecke versehen, die eine Förderschraube aufweist, die von einer zentralen Antriebswelle getragen wird. Die Mitte des Innenraumes des Reaktors wird so von Teilen des Innenrührwerkes eingenommen. Dadurch wird eine gründliche Durchmischun« des Reaktorinhaltes bis zu einem gewissen Grade ausgeschlossen. Die Außenrührwerke sind beim bekannten Reaktor als Schabelemente ausgebildet die das Material von den Wänden ablosen und dadurch lokal eine gewisse Rührwirkung erzeugen. Eine der Förderschnecke im Innenraum ähnliche Rührwirkung wird aber nicht erzielt.

ίο Auch ist schon ein Reaktor bekannt (l'SA.-Patentschrift 3 049 413), bei dem in den Kessel an Stelle des doppelwandigen Rohres Rohrschlangen eingestellt sind. Dabei ist wieder die zentrale Antriebswelle durchgehend angeordnet und mit einer Förder-

,5 schnecke versehen. Das Außenrührwerk ist jedoch aus Bandmaterial in Form einer Schraube geb.ldet. Dabei sind zwei derartige Schrauben vorgesehen, die zueinander im Gegensinn gewunden sind. Ihre Rühr- und Förderwirkungen heben sich so gegenseitig wie-

^o der auf. was in Anbetracht der durch Rohrschlangen gebildeten Trennung von Innenraum und Ringraum an der Kesselwand" von geringerer Bedeutung sein mag bei Verwendung eines doppelwandigen Rohres für diesen Zweck jedoch nicht ohne schwere Nachteile für den ordnungsgemäßen Ablauf der Polymerisation hingenommen werden kann.

Schließlich ist noch ein Reaktor bekannt (französische Patentschrift I 257 780), bei dem das Innere des Kessels nicht in mehrere Räume unterteilt ist. Im Kessel sind mehrere gegenläufige Rührwerke aus Bandmaterial in Form einer Schraube angeordnet, die von einer Antriebswelle angetrieben werden, die den «esamten Kessel durchsetzt.

Neben unzureichender Rührwirkung und beschränkter Heizwirkung, die unter Umständen miteinander gekoppelt sind, kommt es bei den bekannten Reaktoren mit Rührwerken aus Bandmaterial in Form einer Schraube häufig zu Schwingungen, die auf die Rührwirkung und das Material bzw. die Produktqualität einen ungünstigen Einfluß haben.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Reaktor so auszugestalten, daß bei hohem Wirkungsgrad von Rührwerken und Heizung Schwingungen der Rührwerke sicher ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Innenrührwerk aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet wird, das über Tragstangen an an einer Antriebswelle angebrachten Kopfaimen so befestigt ist, daß zwischen der Außenkante des Bandmaterials und der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs ein kleines Spiel besteht und daß die Außenrührwerke, von denen mindestens eines ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform besteht, das im Gegensinn zum Innenrührwerk gewunden ist, über Tragstangen an den Kopfarmen befestigt sind, wobei die Außen- und Innenkanten der Rührwerke den Wänden des Kessels bzw. des Rohres mit kleinem Spiel gegenüberliegen.
Da das Innenrührwerk aus Bandmaterial in Form

So einer Schraube gebildet wird und über Tragstangen an mit der Antriebswelle verbundenen Kopfarmer, befestigt ist, ist es völlig schwingungssicher gelagert, weil jede Windung des Bandmaterials an den Tragstangen fixiert ist. Überdies ist es nicht mehr erforderlieh, die Antriebswelle durch den Innenraum hindurchzuführen. Es genügen vielmehr mit den Kopfarmen verbundene Wellenstummel, so daß der gesamte Innenraum bei gleichen Außenabmessungen eine hö-

here Aufnahmekapazitäi für das zu hehandelnde Material aufweist und, da er frei bleibt, eine wirkungsvollere Durchmischung ermöglicht. Da zwischen der Außenkante des Bandmaterials und der Innenwand des Flüssigkeilsrohres nur ein kleines Spiel besteht, kann das Innenrührwerk zugleich ständig sich an der Wand des Flüssigkeitsrohres absetzendes Material abkratzen, so daß besondere Kratzer nicht erforderlich sind. Das abgekratzte Material wird zugleich wirkungsvoll der Riihrwirkung unterworfen. Das Außenrührwerk besteht ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform und ist im Gegensinn zum Innenrührwerk gewundep. Dadurch wird ein wirkungsvoller Umlauf de;, Materials durch den gesamten Reaktor sichergestellt, weil sich die Rührwirkungen von Innenrührwerk und Außenrührwerk im Sinne eines Materialumlaufes unterstützen. Auch das Außenrührwerk ist über Tragstangen an den Kopfarmen befestigt. Es ist deshalb ebenfalls gegen Schwingungen zuverlässig gesichert. Überdies liegen auch hier die Kanten der Rührwerke den Wänden des Kessels bzw. des doppelwandigen Rohrts mit kleinem Spiel gegenüber, so daß sie selbst die erforderliche Kratzwirkung übernehmen können.

Zum Erhöhen der Rührwirkung kann es zweckmäßig sein, zwei Außenrührwerke aus schraubenlinienförmig gewundenem Bandmaterial vorzusehen, die dann den gleichen Drehsinn aufweisen müssen, damit sie sich in ihrer Rührwirkung nicht beeinträchtigen, sondern unterstützen.

Auch kann es zweckmäßig sein, eines der zwei Außenrührwerke als Kratzflügel auszubilden, dessen Außen- oder Innenkante der Wand des Kessels oder des doppelwandigen Rohres mit geringem Spiel gegenüberliegt. Ein solcher Kratzflügel vermag die Kratzwirkung der Rührwerke aus Bandmaterial wirkungsvoll zu unterstützen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

F i g. 1 und 1 teilweise aufgerissen und im Schnitt perspektivische Ansichten von bevorzugten Ausführungsformen,

Fig. 3 eine Einzelheit des Reaktors von F i g. 2 und

F i g. 4 einen Schnitt bei Linie 4-4 von F i g. 3.

F i g. 1 zeigt einen Kesseil, in dem konzentrisch zum Kessel ein Hohlzylinder als Flüssigkeitsrohr 2 angeordnet ist. Zur Heizung läßt man ein wärmeübertragendes Mittel wie Dampf, Wasser oder besondere Wärmeträgermaterialien von einem Einlaß 3 zu einem Auslaß 4 durch das Flüssigkeitsrohr fließen. Im Inncnraum des Kessels ist ein aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildetes Innenrührwerk S so an Tragstangen 6, 6' befestigt, daß zwischen seiner Außenkante und der Innenwand des Flüssigkeitsrohres ein kleines Spiel besteht. Die oberen Enden der Tragstangen 6, 6' sind beispielsweise durch Schweißen an Kopfarmen 7, 7' befestigt. Im Ringraum zwischen der Außenwand des Flüssigkeitsrohres 2 und der Innenwand des Kessels sind aus Bandmaterial in Schraubenform hergestellte starre Außenrührwerke 8 und 9 vorgesehen, deren Schraubenwindung zu der des Innenrührwerks 5 im Innenraum des Flüssigkeitsrohres 2 entgegengesetzt ist. Das AußenrUhrwerk 8 ist so angeordnet, daß seine Innenkanten durch senkrechte Tragstangen 10 und 10' getragen werden, die 'ben an den beiden Enden des Kopfarmes 7 befestigt sind. Zwischen der Außenkante des schraubenförmigen Rührwerks 8 und dor Innenwand des Kessels 1 verbleibt ein kleiner Spielraum. Auf ähnliche Weise ist das Außenrührwerk 9 so angeordnet, daß seine Außenkante von senkrechten Tragstangen 11 und 11' getragen wird, die oben an den beiden Enden des Kopfarmes T befestigt sind. Zwischen der Innenkante des schraubenförmigen Außenrührwerks '-' und der Außenwand des Flüssigkeitsrohres 2 besteht ebenfalls ein Spielraum. Eine Antriebswelle 12 greift am Kreuzungspunkt der über Kreuz liegenden Kopfarme 7, 7' an und erstreckt sich zu einem in der Figur nicht gezeigten Antrieb, und zwar durch eine öffnung im Kopfdeckel des Kessels 1. Durch Drehen der Antriebswelle 12 in beliebige Richtung werden die Kopfarme 7, 7', die Tragstangen 10, 10' und 11, 11' sowie die Rührwerkes, 8 und 9, die alle fest mit der Antriebswelle 12 verbunden sind, gleichzeitig gedreht. Der Reaktor weist außerdem einen Beschickungseinlaß 13 für das zuzuführende Material unr' zwei Auslässe auf, die im nicht gezeigten Kopfdeckel des Kessels vorgesehen sind. Der Reaktor weist ferner einen die Außenwand des Kessels umgreifenden Heizmaiitel 14 auf.

Im Reaktor wird das zu verarbeitende Material

*5 durch den Beschickungseinlaß 13 am Boden zugeführt, und das Material wird dann im Innenraum des Kessels 1 durch die Bewegung des Innenrührwerks 5 nach oben gedrückt. Während des im Innenraum zurückgelegten Weges werden die Materialien so gemischt und nach oben bewegt, daß die Polymerisationsreaktion fortschreitet. Die Materialien werden dann am oberen Auslaß des Innenraums in ihrer Bewegungsrichtung umgekehrt und bewegen sich nun durch den Ringraum zwischen Kessel 1 und Flüssigkeitsrohr 2 unter der Misch- und Vorschiebwirkurg der Außenrührwerke 8 und 9 nach unten, die in entgegengesetztem Sinn zu dem des schraubenförmigen Rührwerks 5 des Flüssigkeitsrohres 2 gewunden sind. Sind die Materialien am Boden des Kessels angekommen, so werden sie mit dem Kessel 1 durch den Beschickungseinlaß 13 zugeführten frischen Materialien gemischt und bewegen si^h wieder durch den inneren zylindrischen Raiu.i des Kessels 1 nach oben, wie das bereits beschrieben wurde. Nach mehreren solchen Wiederholungen des Materialumlaufs im Kessel 1 erreicht ein Teil des Materials den gewünschten Polymerisationsgrad und wird für die weitere Behandlung in sich anschließenden Verfahren am Kopf des Kessels 1 durch Auslässe abgeführt.

Im Verlauf der Polymerisation ändert sich die Reaktionstemperatur des Systems auf Grund der Reaktionswärme. Es muß deshalb eine geeignete Wärmesteuerung durch Heizen oder Kühlen vorgesehen werden, wenn man ein guies Polymerisationsverfahren erreichen will. Der beschriebene Reaktor verhindert alle Verschlechterungen des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung auf ein Minimum, die durch Anhaften und Ablagerung von Material auf den Heizflächen auftreten könnten. Das ist eine Folge der

δο Tatsache, daß der Reaktor größere Heizflächen aufweist, da er zwei konzentrische zylindrische Heizmäntel besitzt, nämlich das Flüssigkeitsrohr 2 und den äußeren Fleizmantel 14. Zusätzlich weist der Reaktor die aus Bandmaterial bestehenden Schrauben auf, die ständig neues Material zu den Heizflächen führen und das dort vorhandene Material durch die Kraftwirkung ihrer Kanten abstreifen, die den Heizflächen mit geringem Spiel gegenüberliegen.

Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungs- höhen und so eine bessere und gleichmäßigere Po-

form. Hier ist das Innere der beiden Außenrühr- lymcrisationswirkung zu erreichen,

werke, nämlich das Außenrührwerk 9, das der Der Reaktor hat noch den zusätzlichen großen

Außenfläche des Flüssigkeitsrohres 2 des Reaktors in Vorteil, daß das Rührsverk im zylindrischen Innen-

F ig. 1 gegenüberliegt, durch ein Außenrührwerk 15 5 raum des Kessels keine seitlichen Schwingungen vcr-

in Form eines Kratzflügels ersetzt. Der Kratzflügel anlaßt, die unerwünschte Auswirkungen auf den Po-

nach dieser Ausführungsform hat eine Reihe von lymcrisationsvorgang haben könnten. Wird die

Durchbrechungen 16, die längs seiner vertikalen Länge des aus Bandmaterial in Form einer Schraube

Oberfläche angeordnet sind und durch die die Mate- bestehenden Rührwerks im Innenraum des Kessels

rialien frei hindurchtreten können. Dadurch wird der io bei zunehmender Kapazität des Reaktors vergrößert,

Flüssigkeitswiderstand der bewegten Materialien ver- so sind eher größere Seitenschwingungen auf Grund

mindert. von kleinen Bewegungen der es tragenden oberen

Der Kratzflügel ergibt eine bessere Kratzwirkung Kopfarme möglich. Diese seitlichen Schwingungen

auf der Heizoberfläche als herkömmliche Flügel, da müssen während des Reaktorbetriebes so klein als

seine Spitze mit der Außenwand des Flüssigkeitsroh- 15 möglich sein, da sie eine große Anzahl unerwünsch-

res den in Fig.4 gezeigten spitzen Winkel bildet. ter Auswirkungen auf die Polymerisationsreaktion

Dadurch werden die auf der Heizfläche anhaftenden haben, wie Zunahme des Leistungsbedarf für das

Materialien wirkungsvoll abgekratzt. Bei den in Drehen des Rührwerks, Abnahme des Misch- und

F i g. 2 gezeigten Reaktoren wird es kaum zu seitli- Förder-Wirkungsgrades des Rührwerks, Verfärbun-

chen Schwingungen des Innenrührwerks 5 im Innen- 20 gen des Erzeugnisses usw. Dies sind Folgen von

raum des Kessels kommen, da ungewöhnliche Kräfte Druckberührungen der spiraligen Rührwerkkante mit

an den Kopfarmen 7 und T auf Grund des Tragens der Innenwand des Flüssigkeitsrohrs,

des schraubenförmigen Außenrührwerks 8 im Ring- Diese Gefahr ist wirkungsvoll ausgeschaltet, da ne-

raum nicht auftreten und der Flüssigkeitswiderstand ben dem aus schraubenförmigem Bandmaterial be-

des Kratzflügels vermindert ist. 35 stehenden Rührwerk im Inneren des Flüssigkeits-

Der beschriebene Reaktor zeichnet sich dadurch rohrs >m Ringraum zwischen Kesselwand und Flüsaus, daß der Misch- und Übertragungs-Effekt auf das sigkeitsrohr zumindest ein aus schraubenförmigem im Kessel zu behandelnde Material gegenüber her- Bandmaterial bestehendes zusätzliches Rührwerk kömmlichen Reaktoren stark erhöht ist. Das ist eine vorhanden ist. Dabei werden die Außen- oder Innen-Folge der Tatsache, daß nicht nur ein Rührwerk in 30 kanten des spiraligen Rührwerkes den Wandungen Form einer Schraube aus Bandmaterial im Innen- des Kessels oder des Flüssigkeitsrohres mit kleinem raum des Flüssigkeitrohres vorgesehen ist, sondern Spiel gegenüberliegen. Es werden also ungleiche zusätzlich eine Mehrzahl von Rührwerken dieser Flüssigkeitswiderstände für das Rührwerk im Ring-Form oder eine Kombination dieser Form mit einem raum durch diese Anordnung sehr vermindert werals Kratzflügel ausgebildeten Rührwerk im Ringraum 35 den, da sie wirkungsvoll von den langen spiraligen zwischen Kessel und Flüssigkeitsrohr angebracht ist Rührwerken aufgenommen werden, die längs der ge-Dadurch sind die Misch- und Förder-Arbeitsgänge in samten Länge der äußeren und inneren Wandungen diesem Raum denen des Rührwerks im Innenraum des Ringraumes erstreckt sind. Dadurch wird das Innie unterlegen, und man erreicht so einen gleichmä- nenrührwerk im Flüssigkeitsrohr, das mit den Rührßigen Umlauf der Materialien im Kessel. 40 werken des Ringraumes durch die tragenden Kopf-

Insbesondere werden die guten Eigenschaften des arme verbunden ist, nur selten auf Grund von dort

Reaktors selbst dann erzielt, wenn der Kessel größer her übertragenen Reaktionskräften in Schwingung

und langer gemacht wird, um seine Kapazität zu er- kommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3663

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reaktor für hoch viskoses Material, mit einem zylindrischen Kessel, einem die Außenwand des Kessels umgreifenden Heiz- oder Kühlmantel, einem zum Kessel konzentrischen, im Querschnitt ringförmig doppelwandigen Rohr mit Anschlüssen für den Durchfluß eines Wärmeaustauschmittels, einem im zylindrischen Innenraum des Kessels angeordneten Innenrührwerk und mehreren im Ringraum zwischen Kesselwand und Rohr angeordneten Außenrührwerken sowie einem Beschickungseinlaß und Auslässen unten bzw. oben am Kessel, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrührwerk (S) aus Bandmaterial in Form einer Schraube gebildet wird, das über Tragstangen (6, 6') an an einer Antriebswelle (12) angebrachten Kopiarmen (7, T) so befestigt ist, daß zwischen der Außenkante des Bandmaterial und der Innenwand des Flüss'gkeitsrohrs (2) ein kleines Spiel besteht und daß die Außenrührwerke (8, 9, 15), v_n denen mindestens eines ebenfalls aus Bandmaterial in Schraubenform besteht, das im Gegensinn zum Innenrührwerk gewunden ist, über Tragstangen (10, 10', 11, 11') an den Kopfarmen (7, T) befestigt sind, wobei die Außen- und Innenkanten der Rührwerke den Wänden des Kessels (1) bzw. des Rohres (2) mit kleinem Spiel gegenüberliegen.

2. Reakio;· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Außenrührwerke (8, 9) aus in gleichem Drehsinn schraubenlinienförmig gewundenem Bandmaterial vorgei hen sind.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Außenrührwerken (8, 15) eines (15) aus einem Kratzflügel besteht, dessen Außen- oder Innenkante der Wand des Kessels (1) oder des doppelwandigen Rohres (2) mit geringem Spiel gegenüberliegt.