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Verfahren zur Bildung von festen Kügelchen aus Schmelzen von bei gewöhnlicher
Temperatur festen Stoffen durch Einlaufenlassen der Schmelze in ein Kühlmittel Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Bildung von Kügelchen mit einem
Durchmesser zwischen etwa 1 und 10mm von großer Gleichmäßigkeit der Durchmesser
der Kügelchen, ausgehend von Schmelzen von bei gewöhnlicher Temperatur festen Stoffen,
z. B. Pechen, Harzen, Kunstharzen, Kunststoffen u. dgl.
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Es ist eine Reihe von Verfahren zur Bildung von festen Kügelchen
bzw. Granalien aus schmelzbaren, bei gewöhnlicher Temperatur festen Stoffen, z.
B.
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Pechen, bekannt, bei denen ein Strahl des geschmolzenen Gutes oder
eine Mehrzahl von Strahlen in ein Kühlmittel von abweichender Grenzflächenspannung
einläuft. Bei einem Teil dieser Verfahren hat das Kühlmittel eine Temperatur, die
wesentlich unter der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt, so daß der eingeführte
Strahl in Form eines Stranges anfällt oder, wenn nach einem anderen Vorschlag das
Kühlmittel mit großer Geschwindigkeit eingeführt wird, der Strahl zu Stückchen zerrissen
wird, die sich sogleich verfestigen.
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Bei solchen Verfahren können Kügelchen, geschweige denn Kügelchen
mit großer Gleichmäßigkeit der Durchmesser nicht erhalten werden. Derartige Kügelchen
sind jedoch für viele Verwendungszwecke erwünscht, da sie als solche verwendet werden
oder auf einfachste Weise zerkleinert werden können.
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Bekannt ist das Einlaufenlassen eines Strahles oder einer Mehrzahl
von Strahlen eines geschmolzenen Gutes in ein Kühlmittel, das an der Eintrittsstelle
des Strahles etwa die Temperatur der Schmelze besitzt.
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Dabei bleibt der eingeführte Strahl der Schmelze nach dem Einführen
in das flüssige Mittel flüssig und teilt sich in einzelne Abschnitte. Nach dem bekannten
Vorschlag werden diese Abschnitte in eine anschließende Zone niedererer Temperatur
geführt, wobei Wert auf einen scharfen Temperaturunterschied der heißen und der
kälteren Zone gelegt wird. In dieser Zone oder einer anschließenden weiteren Kühlzone
geht die Verfestigung der gebildeten Strangabschnitte vor sich, jedoch ist es schwer,
wenn nicht unmöglich, Kügelchen, insbesondere Kügelchen von großer Gleichmäßigkeit
des Durchmessers, auf diese Weise zu erhalten, da die zunächst gebildeten unerstarrten
Kügelchen sich eindellen oder Aufblähungen zeigen, was bei diesem Vorschlag als
Übelstand erwähnt wird, der zu beheben sei, was praktisch jedoch nicht möglich ist.
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Die Bildung von Kügelchen, insbesondere mit einem Durchmesser von
etwa 1 bis 10 mm von großer Gleichmäßigkeit der Durchmesser der Kügelchen, läßt
sich jedoch, wie gefunden wurde, auf einfache und
sichere Weise dann erreichen, wenn
das Kühlmittel kontinuierlich im Gegenstrom zu dem einlaufenden Strahl eines schmelzbaren
Stoffes geführt wird und in bekannter Weise das Einlaufenlassen eines Strahles oder
einer Mehrzahl von Strahlen bei einer Temperatur des Kühlmittels geschieht, die
etwa gleich der Temperatur der Schmelze ist.
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Durch die kontinuierliche Gegenführung des Kühlmittels ist sichergestellt,
daß einerseits der Strahl der Schmelze hinreichend lange flüssig bleibt, um sich
in an sich bekannter Weise zu teilen, und daß andererseits diese Strangteilstücke
sich zur Kugelform umwandeln und in dieser Form, ohne aneinanderzukleben, zu erstarren
vermögen.
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Durch die durch die kontinuierliche Gegenführung erreichte, von der
Einlaufstelle bis zur Abzugstelle allmähliche Temperaturerniedrigung wird auch eine
wesentliche Gleichmäßigkeit des Durchmessers, der im allgemeinen im Durchschnitt
5 bis 8 mm beträgt, erreicht und sichergestellt, daß die Kügelchen auf ihrem Wege,
ohne aneinanderzuhaften, erstarren.
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Das Entfernen des Kühlmittels bzw. das Trocknen der Kügelchen ist
infolge der glatten Obernäche und der großen Körnung leicht und mit geringem Wärmeaufwand
durchzuführen. Ein unbeabsichtigtes Zerkleinern der Kügelchen durch Aneinanderreihen
und Abbrechen ist nicht zu befürchten.
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Voraussetzung für diesen Vorgang ist, daß die kinetische Energie
und die Temperatur des einlaufenden
Kühlgutstrahles in bestimmtem
Verhältnis steht zu den Stoffeigenschaften des Kühlgutes und des Kühlmittels, insbesondere
der Grenzflächenspannungen sowie des Durchmessers, des Materials und der Form der
Einlaufoffnungen, derart, daß das Phänomen der beginnenden Einschnürung und Auflösung
des eintretenden Strahles infolge der Differenz der Grenzflächenspannungen nicht
wesentlich gestört und nicht behindert wird.
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Das Volumen der Kugeln ist gleich dem eines Zylinders mit dem Strahldurchmesser
und einer Höhe, die dem Abstand der Einschnürungen (Stellen größter Instabilität
des Strahles) entspricht. Diese » Wellenlänge größter Instabilität « liegt bei etwa
dem Vierfachen des Strahldurchmessers. Das Kugelvolumen ist beeinflußbar durch den
Durchmesser der EinlauföShungeli (Düsen) und die Geschwindigkeit des Strahles bis
zu einem Maximalwert, über den hinaus kein Strahlzerfall in Tropfen mehr eintritt.
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Die Durchmesser der so entstehenden Kügelchen sind im wesentlichen
gleich ; Feinkorn, d. h. Kügelchen wesentlich kleinerer Durchmesser, fallen nicht
an.
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Die einheitliche Größe der Kügelchen und das Fehlen von Feinkorn
ist von ausschlaggebendem Vorteil bei ihrem Transport, ihrer Lagerung und Weiterverarbeitung.
Vorteilhaft ist ferner, daß die gemäß der Erfindung langsam erstarrenden Kugeln
spannungsfrei anfallen und infolgedessen ein Zerspringen der Kügelchen nicht zu
befürchten ist.
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Von wesentlicher Bedeutung ist auch die Tatsache, daß bei dem Verfahren
der Erfindung die aus dem Prozeß abzuführende Wärme (Erstarrungswärme, fühlbare
Wärme) des Gutes auf dem höchsten Temperaturniveau anfällt, nämlich der Temperatur
des einlaufenden Strahles. Das Kühlmittel strömt mit dieser Temperatur ab. Es tritt
also ein Gewinn an nutzbarer Wärme ein.
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Ist z. B. das Kühlmittel Wasser und die Temperatur des einlaufenden
Strahles 150°C, so wird das Verfahren unter einem Druck von 6 at durchgeführt, und
man gewinnt die Abwärme als Heißwasser von 6 at (Druckwasser) oder nach dessen Entspannung
als Sattdampf.
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Ein Verdampfen des Kühlmittels bei der höchsten Temperatur, d. h.
bei der Einlaufstelle des Kühlgutes, soll nach einer bevorzugten Ausführungsform
vermieden werden.
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Dies kann nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch Arbeiten
unter Druck geschehen.
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Nach einer anderen Ausführungsform kann die Höhe des Uberdruckes
so gewählt werden, daß an der Einlaufstelle des Kühlgutes in das Kühlmittel ein
Dampfpolster entsteht und das Kühlmittel dampfförmig abgezogen wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden dem Kühlmittel
Mittel zugesetzt, die die Grenzflächenspannung herabsetzen.
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In Abb. I ist schematisch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
beispielsweise dargestellt.
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Dabei ist 11 eine mit Kühlmittel gefüllte Säule, die am oberen Ende
eine Abschlußplatte 12 hat. In dieser Abschlußplatte ist eine Anzahl von Düsen 13
angebracht. Die Säule läuft unten in einen Konus 14 aus, der durch ein Ventil 15
mit einer Schleuse 16 in Verbindung steht, die ihrerseits durch ein Ventil 17 nach
außen geöffnet werden kann. Unterhalb des Ventils 17 ist eine Transportvorrichtung,
z. B. ein Transportband 18, angeordnet.
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Das zu granulierende Gut wird durch eine (nicht dargestellte) Pumpe
in flussigem Zustand durch die Leitung 19 der Säule zu gedrückt und durch die Düsen
13 in Strahlen aufgeteilt. Die Strahlen zertropfen in der beschriebenen Weise. Die
Tropfen sinken durch das Kühlmittel nach unten, wobei sie Kugelgestalt annehmen
und erstarren, da die Temperatur des Kühlmittels von oben nach unten von der Temperatur
des zufließenden Strahles auf Luft-oder Raumtemperatur abnimmt. Die kugelförmigen
Granalien sammeln sich in dem Konus 14 an, werden intermittierend mit Hilfe der
Ventile 15 und 17 durch die Schleuse 16 zusammen mit dem darin befindlichen Kühlmittel
ausgetragen und durch das Transportband 18 wegbefördert. Das Kühlmittel wird durch
eine (nicht dargestellte) Pumpe über die Leitung 20 zu-und durch die Leitung 21
abgeführt.
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Die Transportvorrichtung 18 erhält zweckmäßig Vorrichtungen, z. B.
ein Band aus Drahtgewebe, das gestattet, das flüssige Kühlmittel von den festen
Granalien zu trennen.
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Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet vollkontinuierlich, bis auf die
intermittierende Austragung der Granalien durch die Schleuse. Diese Austragung kann
vollautomatisch ausgerüstet werden, indem das Entleeren der Schleuse, ihre Wiederauffüllung
mit Kühlmittel sowie die Betätigung der Ventile 15 und 17 gesteuert wird durch die
Anhäufung der Granalien in dem Konus 14. Dabei wird das Kühlmittel zur Wiederauffüllung
der Schleuse 16 durch eine besondere Leitung 22 mit Ventil 23 zugeführt.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann, wenn das Kühlmittel bei der Temperatur
des zufließenden Kühlgutes unter Atmosphärendruck dampffömig ist, unter einem solchen
Überdruck arbeiten, daß das Kühlmittel nicht verdampft. Man kann auch den Druck
so wählen, daß am oberen Ende der Säule direkt unterhalb der Düsen ein Dampfpolster
entsteht, wobei das Kühlmittel als Dampf, dessen Wärme zu Heizzwecken ausgenutzt
werden kann, durch die Leitung 21 abgezogen wird.
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ZumAnfahren derVorrichtung (Abb. 1) ist am oberen Ende der Säule
eine Heizvorrichtung 24 vorgesehen, z. B. eine Heizschlange, die das Kühlmittel
kurz unterhalb der Düsen 13 auf die Temperatur des zufließenden Kühlgutes vorheizt.
Während des laufenden Betriebes wird diese Vorheizung abgestellt, da die vom Kühlgut
abgegebene Wärme die gewünschte Temperatur aufrechterhält.
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Durch die Wahl der Zuflußtemperatur des Kühlmittels in der Leitung
20 läßt sich die Temperatur, mit der das Kühlgut im Konus 14 anfällt, beeinflussen.
Es kann zweckmäßig sein, sie höher als Raum-oder Lufttemperatur zu wählen, da nach
Austragung der Granalien aus der Schleuse 16 und Abtrennung des mit ausgetragenen
Kühlmittels jene an der Luft weiter abkühlen. Dabei verdunstet das an der Oberfläche
der Granalien noch haftende Kühlmittel durch seine höhere Temperatur besonders schnell.
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Beispiel l Kühlgut Cumaronharz von 78°C Erw.-Punkt Kühlmittel Wasser
Betriebsdruck der Saule 7 atü Temperatur des Kühlgutes am Eintritt 19 ................
152°C
Temperatur des Kühlmittels oben am Austritt 21 .................
152°C Temperatur des Kühlgutes am Austritt 17 ................. 30°C Temperatur
des Kühlmittels unten am Eintritt20 20°C Durchmesser der Düsen 4, 5 mm Durchmesser
der Granalien 95°/o........................... 8, 5 mm 2, 5% ....................
>8 mm 2, 5 °/0 <8 mm Wassergehalt der Granalien nach Austritt und mechanischer
Abtrennung vom Wasser ohne besondere Trocknung........................... l, 5°/o
Die Granalien waren fast genau kugelig und hatten eine glatte, glänzende Oberfläche.
Feinkorn oder Abrieb war praktisch Null.
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B e i s p i e l 2 Kühlgut Pech von 72° C Erw.-Punkt Kühlmittel Wasser
Betriebsdruck der Saule 6 atü Temperatur des Kühlgutes am Eintritt 19 ................
135°C Temperatur des Kühlmittels am Austritt 21 ................ 135°C Temperatur
des Kühlgutes am Austritt 17 25°C Temperatur des Kühlmittels am Eintritt20......................
19°C Durchmesser der Düsen............ 4, 5 mm Durchmesser der Granalien 29, 50%
................... >4 mm 60, 00% .................... >6 mm 10, 50% ...................
>8 mm Wassergehalt der Granalien unmittelbar nach dem Austritt und ohne jede
Trocknung...................... 1, 5 °/0
Die Granalien waren fast genau kugelig und
hatten eine glatte, glänzende Oberfläche. Feinkorn oder Abrieb war praktisch gleich
Null.