DE2447369A1 - Verfahren und vorrichtung zum einmischen von niedrigviskosen fluessigkeiten in hochviskose medien - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum einmischen von niedrigviskosen fluessigkeiten in hochviskose medienInfo
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Description
BASF Aktiengesellschaft
Unser Zeichen: O.Z. ^O 87I Rss/MK
6700 Ludwigshafen, den 2.10.1974
Verfahren und Vorrichtung zum Einmischen von niedrigviskosen Flüssigkeiten in hochviskose Medien
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmischen von niedrigviskosen Flüssigkeiten in hochviskose Medien durch
Aufteilen des hochviskosen Mediums in kleine Teilströme und Einbringen der niedrigviskosen Flüssigkeit über eine Vielzahl von
Einlassen in diese Teilströme. Des weiteren betrifft die Erfindung
Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Einmischen von niedrigviskosen Zusatzstoffen in Polymerschmelzen.
üblicherweise werden niedrigviskose Zusatzstoffe mit Hilfe von
dynamischen Mischvorrichtungen in Polymerschmelzen eingemischt.
Dabei schmilzt man das Polymerisat z.B. in einem Extruder auf und spritzt den niedrigviskosen Zusatzstoff an einer oder mehreren
Stellen in den Extruder ein. Die Zusatzstoffe werden durch Zerteil- und Verteileffekte untergemischt, wobei die Extruderwellen
mit besonderen Mischelementen ausgestattet sein können. Neben ein- oder mehrwelligen Extrudern ist auch die Verwendung von anderen
dynamischen Mischaggregaten, etwa Stift- und Chargenmischer, gebräuchlich. Des gleichen wurde auch schon vorgeschlagen,
statische Mischer zum Einmischen der niedrigviskosen Zusatzstoffe in Polymerschmelzen zu verwenden.
Bei allen bekannten Verfahren dieser Art werden die niedrigviskosen Zusatzstoffe vorwiegend unzerteilt punktförmig in die
Schmelze eingebracht. Daher muß durch die Mischvorrichtungen vor der Feinverteilung auch noch die Grobverteilung der Zusatzstoffe
erfolgen. Als Folge davon ist die Vermischung der niedrigviskosen Zusatzstoffe mit den hochviskosen Schmelzen häufig unzureichend
und diese Arbeitsweise erfordert den Einsatz von aufwendigen und teuren Maschinen. Die Investitions- und Betriebskosten
sind bei diesen bekannten Verfahren daher im Verhältnis zu der erzielbaren Mischleistung sehr hoch.
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O.ζ. 30 8γΐ
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einmischen
von niedrigviskosen Flüssigkeiten in hochviskose Medien aufzuzeigen, welches eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der
niedrigviskosen Flüssigkeiten in den hochviskosen Medien auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise gestattet.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zum Einmischen
von bei der Arbeitstemperatur niedrigviskosen Flüssigkeiten in ein hochviskoses Medium, bei dem das hochviskose Medium
eine Mischzone durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das hochviskose Medium in der Mischzone in kleine Teilströme aufgeteilt
und die niedrigviskose Flüssigkeit in diese Teilströme über eine Vielzahl von Einlassen/die über die gesamte Mischzone
und insbesondere über den gesamten Querschnitt des vorbeiströmenden hochviskosen Mediums gleichmäßig verteilt sind, unter überdruck
eingebracht wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß das hochviskose Medium in der Mischzone in kleine Teilströme aufgeteilt wird, wobei jedem Teilstrom die
entsprechende Teilmenge der niedrigviskosen Flüssigkeit über eine Vielzahl von Einlassen zugegeben wird.
Die Viskosität der hochviskosen Medien liegt üblicherweise im Bereich von 100 bis 10.000 Poise. Sie kann jedoch auch darunter
oder darüber liegen. Die Zusatzstoffe, die in die hochviskose Medien eingemischt werden, sollen bei Arbeitstemperatur niedrigviskose Flüssigkeiten sein, d.h. vorzugsweise eine Viskosität von
0.01 bis 10 Poise besitzen. Unter Arbeitstemperatur der niedrigviskosen Flüssigkeiten ist dabei die Temperatur zu verstehen,
mit der die niedrigviskosen Flüssigkeiten in das hochviskose Medium eingebracht werden. Diese Temperatur kann beliebig gewählt
werden, es ist jedoch vorteilhaft, die Arbeitstemperatur der niedrigviskosen Flüssigkeiten der Temperatur des hochviskosen
Mediums anzugleichen. Ist das hochviskose Medium z.B. eine Polymerschmelze, so ist es günstig, wenn die niedrigviskose
Flüssigkeit vor dem Einmischen auf Schmelztemperatur aufgeheizt wird ο
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- 3 - o.z. 50 8γι
Das hochviskose Medium wird in der Mischzone in kleine TVilströme
aufgeteilte Diese kleinen Teilströme sollen eine Dicke bis ~
15 ram, vorzugsweise bis 10 mm, aufweisen. Die niedrigviskosen Flüssigkeiten werden durch in der Mischzone befindliche poröse
Einbauten in diese kleinen Teilströme mit überdruck eingebracht. Die Durchlässe in den porösen Einbauten haben dabei vorteilhafterweise
einen Durchmesser < 50 ,um. Als besonders günstig haben sich als Durchlässe Poren mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 10,um
erwiesen. Aufgrund der großen Viskositätsunterschiede zwischen dem hochviskosen Medium und der niedrigviskosen Flüssigkeit von
ca. 100 Poise und mehr sind diese Durchlässe weitgehend semipermeabel, d.h. sie sind praktisch nur für die niedrigviskose Flüssigkeit,
nicht aber für das hochviskose Medium durchlässig.
Die Zahl dieser Durchlässe ist sehr groß. Sie kann pro cm Ober-
p C.
fläche der kleinen Teilströme zwischen 10 und 10 betragen. Die porösen Einbauten sind in der Mischzone so angeordnet, daß die
Einlasse über die gesamte Mischzone, insbesondere über den gesamten
Querschnitt des vorbeiströmenden hochviskosen Mediums
gleichmäßig verteilt sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß makroskopisch bereits bei der Aufgabe der niedrigviskosen Flüssigkeiten
eine weitgehende Gleichverteilung über den Querschnitt des höchviskosen Mediums erfolgt.
Der Verteilungseffekt kann durch häufiges Umlenken und Zusammenführen
der kleinen Teilströme und anschließende erneute Zerlegung in kleine Teilströme vergrößert werden. Es ist auch möglich,
für eine gegebenenfalls noch notwendige nachfolgende Feinhomogenisierung in einer weiteren Verfahrensstufe im Anschluß an
die Mischzone konventionelle Mischelemente, z.B. Extruder, nachzuschalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein zum Einmischen von beliebigen, niedrigviskosen Flüssigkeiten in hochviskose Medien
verwendet werden. Als hochviskose Medien kommen dabei insbesondere Schmelzen von thermoplastischen Kunststoffen in Betracht,
beispielsweise von Styrolpolymerisaten, Styrolmischpolymerisaten 'und Polyolefinen. Die niedrigviskosen Flüssigkeiten können ein-
oder mehrphasig sein. Beispiele für niedrigviskose Flüssigkeiten,
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die in die Polymerschmelzen eingemischt werden können, sind Schmiermittel,
Flüssigfarben, Lösungen oder Suspensionen von Treibmitteln, Latexemulsionen, Flüssiggase usw.. Gegenüber bekannten Arbeitsweisen
dieser Art bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß das Verteilen der niedrigviskosen Flüssigkeit in dem
hochviskosen Medium mit einem minimalen apparativen Aufwand möglich ist» Eine gegebenenfalls .nachgeschaltete Feinhomogenisierung
mit konventionellen Mischelementen kann unter verbesserten Durchsatzbedingungen und daher erheblich wirtschaftlicher durchgeführt
werden. Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine hierfür geeignete Vorrichtung besteht aus einem Rohrbündel, bei dem die einzelnen Rohre des Rohrbündels gleichmäßig über ihre
gesamte Oberfläche mit einer Vielzahl von Durchlässen versehen sind, dieses Rohrbündel von einem Mantelrohr mit Eintrittsöffnung
umgeben ist und das Mantelrohr mit den Enden der Rohre des Rohrbündels dichtschließend verbunden ist.
Eine mögliche Ausfuhrungsform einer derartigen Vorrichtung ist in
Figur 1 schematisch wiedergegeben und wird im folgenden erläutert:
In eine Hauptleitung (1), die von dem hochviskosen Medium durchströmt
wird, ist eine Mischkammer eingebaut, die aus einem Rohrbündel (2) und einem das Rohrbündel (2) umgebenden Mantelrohr (3)
mit Eintrittsöffnung (4) besteht. Die Enden der Rohre des Rohrbündels (2) sind in Bodenplatten (5) eingelassen, welche wiederum
mit dem Mantelrohr (3) verbunden sind. Die Verbindungsstellen zwischen Bodenplatten (5) und den Rohrenden des Rohrbündels (2)
bzw. dem Mantelrohr (3) sind dichtschließend, so daß hierüber kein
Stoffaustausch erfolgen kann.
Das hochviskose Medium durchströmt die Rohre des Rohrbündels (2)
und wird dadurch in kleine Teilströme aufgeteilt. Der Durchmesser eines einzelnen Rohres des Rohrbündels (2) soll daher bis 15 mm,
vorzugsweise bis 10 mm betragen. Durch die Eintrittsöffnung (*»)
wird die auf Arbeitstemperatur gebrachte niedrigviskose Flüssigkeit in den freien Raum des Mantelrohres (3) gedrückt, so daß die
Rohre des Rohrbündels (2) vollkommen von der niedrigviskosen
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Flüssigkeit umgeben sind. Die Rohre des Rohrbündels (2) sind dabei
gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche mit einer Vielzahl von Durchlässen versehen, deren Durchmesser
< 50,Um, vorzugsweise
"n lOyUm ist* Durch diese Durchlässe wird nun die niedrigviskose
Flüssigkeit in die Teilströme des hochviskosen Mediums eingedrückt und so gleichmäßig über den gesamten Querschnitt und über die
ganze Rohrlänge in das hochviskose Medium eingemischt.
Die Durchlässe in den Rohren des Rohrbündels (2) können gradlinig
oder auch nichtgradlinig sein und auf verschiedene Weise erzeugt werden. Es ist möglich, die Durchlässe mit Elektronen- oder Laserstrahlen
in die Rohrwände zu bohren. Die dabei entstehenden feinsten, gradlinigen Rundbohrungen von 5 bis 50 ,um Durchmesser sind
besonders vorteilhaft. Die Durchlässe können auch nach an sich bekannten
Verfahren durch Pressen und Sintern von konventionellen Pulvern hergestellt werden. Beim Sintern liegt die Warmbehandlungs zeit
um ein Viertel tiefer als beim porendichten Sintern, wodurch
feine Poren im Werkstoff zurückbleiben. Diese Poren bilden nichtgeradlinige,
aber sehr feine Durchlässe. Nach einer anderen, ebenfalls bekannten Verfahrensweise können derartige Durchlässe durch
elektrochemisches Anätzen des Werkstoffes erzeugt werden. Die Zahl
der Durchlässe pro cm Oberfläche des Werkstoffes für das Rohrbündel
(2) beträgt nach diesen Herstellverfahren vorteilhafterweise zwischen 10 und 10 .
Der Werkstoff, aus dem die Rohre des Rohrbündels (2) aufgebaut
sind, ist beliebig; man wählt ihn so, daß er gegenüber dem hochviskosen
Medium und der niedrigviskosen Flüssigkeit beständig ist und den überdruck aushält.
Eine andere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Hauptleitung mehrere Lagen aus parallel nebeneinander liegenden
Rohren quer zur Längsrichtung der Hauptleitung angeordnet sind, die parallel nebeneinander liegenden Rohre von zwei unmittelbar
aufeinanderfolgenden Lagen dabei senkrecht zueinander verlaufen und die parallel nebeneinander liegenden Rohre einer Lage gegenüber
den parallel nebeneinander liegenden Rohre der übernächsten,
gleichgerichteten Lage seitlich versetzt angeordnet sind, wobei
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die parallel nebeneinander liegenden Rohre der einzelnen Lagen an dem einen Ende verschlossen und an dem anderen Ende außerhalb der
Hauptleitung mit einer Zweigleitung verbunden sind und gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche mit einer Vielzahl von Durchlässen
versehen sindo
Im folgenden wird eine mögliche Ausführungsform einer derartigen
Vorrichtung anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. In Figur 2 ist schematisch der Längsschnitt durch eine solche Vorrichtung
dargestellt; Figur 3 zeigt den entsprechenden Querschnitt.
In eine vorzugsweise kreisförmige Hauptleitung (1), die von dem hochviskosen Medium durchströmt wird, sind als Mischvorrichtung
mehrere Lagen (6a, 6b) aus parallel nebeneinander liegenden, porösen Rohren eingebaut«, Die Lagen (6a, 6b) sind dabei quer zur
Längsrichtung der Hauptleitung (1) angeordnet, so daß die parallel nebeneinander liegenden porösen Rohre der einzelnen Lagen (6a, 6b)
gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Hauptleitung (1) ragen. Die Lagen (6a, 6b) aus den parallel nebeneinander liegen-»
den porösen Rohren dienen dabei gleichzeitig zum Aufteilen des hochviskosen Mediums in kleine Teilströme als auch zum Einbringen
der niedrigviskosen Flüssigkeit in diese Teilströme.
Um eine möglichst effektive Zerteilung des hochviskosen Mediums zu erreichen, sind dabei jeweils zwei unmittelbar aufeinander
folgende Lagen (6a, 6b) so gestellt, daß die parallel nebeneinander liegenden porösen Rohre der ersten Lage (6a) senkrecht zu
den parallel nebeneinander liegenden porösen Rohren der nächstfolgenden Lage (6b) verlaufen. Wie aus Figur 3 zu erkennen ist,
wird dadurch der Querschnitt in der Hauptleitung (1) gleichmäßig in kleine Kanäle aufgeteilt, durch die das hochviskose Medium
strömen muß. Darüber hinaus ist es günstig, wenn die parallel nebeneinander liegenden porösen Rohre einer Lage (6a) gegenüber
den parallel nebeneinander liegenden porösen Rohren der übernächsten, gleichgerichteten Lage (6a) seitlich versetzt sind.
Der Abstand zwischen den parallel nebeneinander liegenden porösen Rohren einer Lage (6a oder 6b) beträgt bis 15 mm, vorzugsweise
bis 10 mm. Der Abstand der Rohre einer Lage (6a) zu den Rohren der
nächstfolgenden Lage (6b) kann vorteilhaft zwischen 10 und 30 mm liegen.
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Die einzelnen Rohre dieser Einbauten selber haben im allgemeinen einen äußeren Durchmesser von 10 bis 30 mm» Sie sind an ihrem einen
Ende verschlossen und das andere Ende der Rohre ist außerhalb der Hauptleitung (1) mit einer Zweigleitung (7) verbunden, durch die
die auf Verarbeitungstemperatur gebrachte niedrigviskose Flüssigkeit in die parallel nebeneinander liegenden Rohre der einzelnen
Lagen (6a, 6b) eingedrückt wird. Die Rohre der einzelnen Lagen (6a, 6b) sind im Inneren der Hauptleitung (1) dabei gleichmäßig
über ihre gesamte Oberfläche mit einer Vielzahl von Durchlässen versehen. Für das Erzeugen der Durchlässe in den Rohren, für Größe
und Zahl der Durchlässe sowie für das zu verwendende Rohrmaterial gelten die weiter oben diesbezüglich gemachten Ausführungen entsprechend.
Das hochviskose Medium wird beim Auftreffen auf die Rohre der Mischvorrichtung zerlegt und durchströmt in kleinen Teilströmen
die von den Rohren der einzelnen Lagen (6a, 6b) gebildeten Kanäle, wobei die kleinen Teilströme durch die Rohre umgelenkt, hinter
den Rohren wieder zusammengeführt und anschließend am nächsten Rohr wieder zerlegt werden. Durch die Vielzahl der Durchlässe in
den Rohren wird dabei die niedrigviskose Flüssigkeit anteilmäßig in die kleinen Teilströme des hochviskosen Medium eingedrückt.
Für eine hinreichend gute Verteilung der niedrigviskosen Flüssigkeit in dem hochviskosen Medium soll die Mischvorrichtung normalerweise
mindestens aus 2, vorzugsweise aus mehr als 3 Lagen (6a, 6b) von den parallel nebeneinander liegenden porösen Rohren
bestehen. Zusätzlich hierzu können im Anschluß an diese Rohrlagen auch noch weitere Verteilelemente (8) in der Hauptleitung (1)
eingebaut sein.
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Claims (6)
1. Verfahren zum Einmischen von bei der Arbeitstemperatur nie-
~-' drigviskosen Flüssigkeiten in ein hochviskoses Medium, bei
dem das hochviskose Medium eine Mischzone durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das hochviskose Medium in der
Mischzone in kleine Teilströme aufgeteilt und die niedrigviskose Flüssigkeit in diese Teilströme über eine Vielzahl
von Einlassen, die über die gesamte Mischzone und über den gesamten Querschnitt des vorbeiströmenden hochviskosen
Medium gleichmäßig verteilt sind, unter Überdruck eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
jeden Teilstrom des hochviskosen Mediums in der Mischzone entsprechende Teilmengen der niedrigviskosen Flüssigkeit
eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die kleinen Teilströme eine Dicke von bis zu 15 mm besitzen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlasse einen Durchmesser < 50,um haben.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahl der Einlasse pro cm Oberfläche der kleinen
p C
Teilströme zwischen 10 und 10 beträgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Rohrbündel
(2) besteht, wobei die einzelnen Rohre des Rohrbündels (2) gleichmäßig über die ganze Oberfläche mit einer Vielzahl
von Durchlässen versehen sind, dieses Rohrbündel (2) von einem Mantelrohr (3) mit Eintrittsöffnung (4) umgeben ist
und das Mantelrohr (3) mit den Enden der Rohre des Rohrbündels (2) dicht schließend verbunden ist.
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- 9 - O.Z. JO 871
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
einzelnen Rohre des Rohrbündels (2) einen freien Durchmesser bis 15 mm haben, die Durchlässe in den Rohren einen Durchmessser
< 5O7Um besitzen und die Zahl der Durchlässe pro
2 ?
cm Oberfläche der Rohre des Rohrbündels (2) zwischen 10
und 106 beträgt ο
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß in einer Hauptleitung (1)
mehrere Lagen (6a, 6b) aus parallel nebeneinander liegenden Rohren quer zur Längsrichtung der Hauptleitung (1) angeordnet
sind, die parallel nebeneinander liegenden Rohre von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Lagen (6a und 6b) dabei
senkrecht zueinander verlaufen und die parallel nebeneinander liegenden Rohre einer Lage (6a) gegenüber den parallel nebeneinander
liegenden Rohren der übernächsten, gleichgerichteten Lage (6a) seitlich versetzt angeordnet sind, wobei die parallel
nebeneinander liegenden Rohre der einzelnen Lagen (6a, 6b) an dem einen Ende verschlossen und an dem anderen Ende
außerhalb der Hauptleitung (1) mit einer Zweigleitung (7) verbunden sind und gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche
mit einer Vielzahl von Durchlässen versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand zwischen den parallel nebeneinander liegenden porösen Rohren einer Lage (6a, 6b) bis 15 mm beträgt, der Abstand zwischen
den Rohren einer Lage (6a) und den Rohren der nächstfolgenden Lage (6b) vorzugsweise zwischen 10 und 30 mm liegt,
die Rohre einen äußeren Durchmesser von 10 bis 30 mm aufweisen und insgesamt mindestens 2 Lagen (6a, 6b) aus parallel
nebeneinander liegenden Rohren in die Hauptleitung (1) eingebaut sind.
Zeichngo BASF Aktiengesellschaft
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| DE19742447369 DE2447369A1 (de) | 1974-10-04 | 1974-10-04 | Verfahren und vorrichtung zum einmischen von niedrigviskosen fluessigkeiten in hochviskose medien |
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| CA1262722A (en) * | 1984-06-20 | 1989-11-07 | Lawrence Marvin Litz | Process for dispersing one fluid in another |
| DE4109101A1 (de) * | 1991-03-20 | 1992-09-24 | Turbon Tunzini Klimatechnik | Einbau fuer mischkammern stroemungstechnischer anlagen |
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1975
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- 1975-10-01 NL NL7511569A patent/NL7511569A/xx unknown
- 1975-10-03 BE BE160681A patent/BE834184A/xx unknown
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| JPS5153665A (de) | 1976-05-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHN | Withdrawal |