DE1939412B2

DE1939412B2 - Reaktor zur behandlung viskoser ausgangsmassen

Info

Publication number: DE1939412B2
Application number: DE19691939412
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Stehning, Paul Rolf, 6391 Gravenwies bach
Priority date: 1969-08-02
Filing date: 1969-08-02
Publication date: 1972-12-14
Also published as: DE1939412A1; GB1304257A

Description

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•ie Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur andlung viskoser Ausgangsmassen unter Erhit- I und Dampfbildung, wobei der Reaktor die ή eines lotrecht stehenden Behälters mit ringligem Mantelquerschnitt und mit sich im wesenl- :n kegelstumpfförmig nach unten verjüngenden en hat und umlaufende, radial verlaufende Rühre und von diesen axial abstehende Rührflügel s antreibbaren Rührwerks mit lotrechter Welle ie dem Reaktor fortlaufend zugeführte und von abgeführte Masse eintauchen, deren Flüssigkeitsspiegel konstant mindestens am Massezufluß des Reaktors selbsttätig auf ein vorgegebenes Niveau geregelt wird, wobei die Rührarme und die daran befestigten Rührflügel über den größten Teil ihrer Rührfläche in dem von dem kegelstumpfförmigen Reaktorboden gebildeten Produktionsraum untergebracht sind, wobei die nahe unter dem Flüssigkeitsspiegel beginnenden Rührflügel bis nahe an den kegelstumpfförmigen Reaktorboden ragen und über ihre axiale Länge radiale Zwischenräume zwischen sich bilden, durch die ringförmige und mit Durchtrittsöffnungen versehene, mit dem Reaktorboden verbundene Trennwände hindurchgehen, die konzentrisch zur Reaktorwelle verlaufen und als Bremsorgane für die radial durch die Durchtrittsöffnungen abströmende Masse dienen, und wobei ferner der Reaktor boden nahe seinem oberen Rand zu einem umlaufenden, äußeren Bodenring des Produktionsrauine:. mit mindestens einer oder mehreren Bodeuöffnungen ausgebildet ist und die Rührarme in den Bodenring eingreifende Schaber tragen.

Nach der Hauptpatentanmeldung kommt ?s bei der Behandlung vnn viskosen Ausgangsmassen, insbesondere Massen mit Anfangsviskositäten zwischen 300 und 5000 Poise auf gute Durchwirbelung und Umwälzung der Masse beim Umlauf der Rührflügel an. Durch die Durchwirbelung und Umwälzung wird die Ausdampfung der erhitzten Masse gefördert, was insbesondere bei der Herstellung von Polyamiden und Polyestern von Bedeutung ist. Schnellere Ausdampfung und gegebenenfalls Kondensation oder Polykondensation der Harzmassen führt zu einer Abkürzung der Behandlungszeit und zu größerem Durchsatz pro Zeiteinheit im Reaktor. Bei großen Viskositäten nimmt aber die Umwälzbewegung der Masse ab, wenn, wie bei der in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Ausführungsform, die Rührflügel oder Rührarme keine Durchtrittsöffnungen haben. Es kann dann vorkommen, daß ein mehr oder weniger großer Teil der eingesetzten Masse als quasi stationärer umlaufender Strom vor den P.ührflügeln und zwischen den konzentrischen Trennwänden des Reaktors konzentrisch zur Reaktorwelle umläuft, ohne daß dieser Teil der Masse eine nennenswerte Umwälzbewegung und Durchwirbelung erfährt.

Zur Vermeidung dieser unerwünschten Wirkungsweise der Rührflügel besteht die vorliegende weitere Ausbildung der Erfindung darin, daß die Rührflügel und/oder die Rührarme mit Durchtrittsöffnungen für den Durchtritt des Gutes zur Erhöhung seiner Durchwirbelung oder Durchmischung versehen sind.

Vorteilhaft ist diese Bauweise des Reaktorrührwerkes insbesondere für Massen mit Viskositäten über 10 000 Poise.

Auf diese Weise kann man den Reaktor durch geeignete Wahl der Größe der vorgenannten Durchtrittsöffnungen an die Viskosität des zu behandelnden Gutes anpassen, gegebenenfalls auch an die Drehzahl und die Größe der durch die Trennwände gebildeten ringförmigen Kanäle. Auf diese Weise kann dann die Verwcilzeit der Masse in diesen Kanälen und im Reaktor optimal auf den jeweiligen Behandlungsprozeß des Gutes abgestimmt werden.

Vorzugsweise nehmen die Durchtrittsöffnungen in den Rührflügeln und/oder Rührarmen insgesamt. 10 bis 30 % der Oberfläche der Rührflügel ein.

Um die vorgenannte Anpassung und Abstimmung der Durchtrittsöffnungeh und damit der Wirbel- und

Umwälzbewegung des Gutes bei ein und demselben Reaktor für unterschiedliches Behandlungsart und unterschiedliche Behandlung durchführen zu können, kann der Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen der Rührflügel bzw. Rührarme durch Ein stellmittel veränderlich einstellbar sein.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Durchtritisöffnupgen in den Rührarmen und die Wahl oder Einstellung der Größe dieser Durchtrittsöffnungen der Anwendungsbereich des Reaktors nach der Hauptpatentanmeldung und seine Anpassung an unterschiedliche Ausgangsmassen wesentlich erweitert sowie sein Wirkungsgrad bei der Ausdampfung von Massen unterschiedlicher Viskosität erhöht. Selbstverständlich kann zu diesem Zweck und nach Maßgäbe der Betriebsbedingungen, wie an sich bekannt, der Zufluß der Masse veränderlich eingestellt und ihre Austraggeschwindigkeit selbsttätig durch eine Abfüllvorrichtung für den Massespiegel geregelt werden.

Abgesehen von den schon genannten Kondensation;·- und Polykondensationsharzen seien als weitere Beispiele viskoser Massen, für deren Behandlung sich der erfindungsgemäße Reaktor eignet, Syrup, Zuckermassen, nicht kondensierende und polymerisiercnde oder nicht polymerisierende Kunstharze, viskose Lebensmittel und Lebensmittelgrundstoffe genannt, die im Reaktor einer Vortrocknung unterzogen werden sollen, ferner Cellulosemassen, denen z. B. im Rahmen der Papierherstellung im Reaktor Wasser entzogen werden kann, so daß anschließend z. B. auf der Papiermaschine nur noch ein geringerer Wasserentzug notwendig ist.

Die in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Ausführungsformen eignen sich für die Anwendung des erfindungsgemäß verbesserten Rührwerks. Die Beschreibung der Ausführungsform des Hauptpatents kann daher sinngemäß zur Erläuterung der vorstehenden Erfindung herangezogen werden, so daß nachstehend nur eine Ausführungsform des Reaktors beispielsweise beschrieben wird, die von F i g. 1 der Hauptpatentanmeldung ausgeht und gemäß der Erfindung verbessert ist. Diese bevorzugte Ausführungsform für Massen hoher Viskosität ist in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch die Achse des Reaktors mit zugehörigen Teilen, teilweise schematisch,

F i g. 2 in größerem Maßstab und in gleicher Darstellungsweise einen Ausschnitt aus dem Rührer und den Trennwänden des Reaktors nach F i g. 1 mit Einzelheiten dieser Teile, die in F i g. 1 weggelassen sind,

F i g. 3 als Einzelheit eine Ansicht des in F i g. 1 gezeigten Abdeckringes und

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Abdeckring nach F i g. 3.

Gemäß der Zeichnung besteht der Reaktor aus zwei Hauptteilen, dem Unterteil 1 mit dem Produktionsraum und Flüssigkeilssumpf und dem Oberteil 2 mit dem Dampfraum. Beide Teile des Reaktors besitzen einen Doppelmantel 3 für den Umlauf einer Heizflüssigkeit oder von Heizdampf, deren Einström- und Ausslrömstutzen nicht gezeichnet sind. Die Reaktorteile sind mittels Flanschen 4 flüssigkeits- und vakuumdicht miteinander verbunden.

Der obere Reaktorteil besitzt einen Dampfaustrittsstutzen 5, an dem die (nicht gezeichnete) Vakuumquelle für das Absaugen der beim Ausdampfen der im Reaktor zu behandelnden Masse angeschlossen wird.

Der den Produktionsraum bildende Reaktorboden 6 ist in seinem Hauptteil kegelstumpfförmig ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist der Kegelwinkel des Reaktorbodens für die Behandlung von Massen mit Ausgangsviskositäten von 1000 bis 5000 Poise ein großer stumpfer Winkel; bei größeren Viskositäten bis 10 000 oder 12 000 Poise und mehr ein spitzer Winkel.

Die zu behandelnde Masse wird mittels einer mit Motor 7 versehenen Pumpe 8 durch einen Eintrittsstutzen 9 einem Einfüllrohr 10 zugeführt, dessen oberes Ende in der Mitte des Reaktorbodens mündet. Das untere Ende des Rohres 10 ist mittels einer Vakxiumsropfbuchse 11 verschlossen und bildet das Lager für eine von einem Motor 12 aus angetriebene Antriebswelle 13 des als Ganzes mit 14 bezeichneten Rührers, der im Produktionsraum 15 angebracht ist. Zwischen dem unteren Ende 16 der Nabe 17 des Rührers und der Stopfbuchse 11 kann die Antriebswelle 13 im Rohr 10 als Förderschnecke 18 für die dem Reaktor kontinuierlich zuzuführende Masse ausgebildet sein, wenn diese hohe Zähigkeit besitzt und die Förderleistung der Pumpe 8 nicht ausreicht. Die geförderte Masse tritt durch einen in der Mittelöffnung des Bodens 6 und der hohlen Nabe 17 frei bleibenden Ringkanal 19, ferner durch öffnungen 22 am unteren Ende der Nabe 17 in den Rührer 14 ein.

Der Rührer besteht im wesentlichen aus z. B. vier Rührarmen 20 (siehe F i g. 2 und 3), die sich von der kegelförmigen Nabe 17 radial nach außen erstrecken und aus Rührflügeln 21, die an der Unterseite der Rührarme befestigt sind. Die hohle Nabe 17 besitzt am oberen Ende Austrittsöffnungen 23 (siehe F i g. 2 und 3) für die ihr zugeführte Masse. Der Zustrom der Masse wird durch eine Drosselklappe oder sonstige an sich bekannte, nicht gezeichnete Einstell- und Regelvorrichtung in der Zuflußleitung 8 α zwischen der Pumpe 8 und dem Stutzen 9 und durch die Drehzahl des Antriebs 7 aus nach Maßgabe der Zähigkeit der Masse eingestellt und selbsttätig geregelt, daß sich ein Flüssigkeitsspiegel 24 in geringem Abstand vun zum Beispiel wenigen mm über der Oberseite der Rührarme 20 einstellt, wie durch eine gestrichelte Linie in F i g. 1 angegeben ist.

Die Flügel 21 reichen von den Rührannen bis nahe an die Oberseite des Reaktorbodens 6 und verjüngen sich entsprechend dem Kegelwinkel des Reaktorbodens von außen nach innen. Sie sind in radialen Absländen voneinander angeordnet. In diese Abstände ragen mit dem Boden 6 fest verbundene ringförmige Trennwände 27, die nahe dem Boden mit Durchtrittsöffnungen 28 versehen sind. Diese Trennwände dienen zur Abbremsung der vom Rührer 14 auf die Masse ausgeübten Zentrifugalwirkung, indem sie die Masse zwingen, durch die engen Öffnungen 28 zu strömen.

F i g. 2 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Möglichkeiten, entweder den Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 28 durch die Trennwände 27 zu verändern und/oder um mindestens Durchtrittsöffnungen vorgegebenen oder veränderlichen Querschnitts durch die Rührflügel 21 hindurch zu schaffen, die eine Durchwirbelung des gerührten Gutes fördern. In beiden Fällen können die Durchtrittsquerschnitte von der Viskosität der behandelten Masse, der Drehzahl

der Rührarme und anderen Eigenschaften des Reaktors und der zu behandelnden Masse abhängig gemacht bzw. auf diese Eigenschaften abgestimmt werden.

Für den Durchtritt durch die Rührflügel 21 sind in diesen öffnungen 43 in geeignet abgestimmter Größe und Anzahl, gemäß F i g. 2 z. B. vier, Durchtrittsöffnungen 43 vorgesehen. Bei denjenigen Rührflügeln, die geringere Oberfläche haben als der in F i g. 2 herausgegriffene Rührflügel, werden natürlich im allgemeinen entweder weniger und/oder kleinere Durchtrittsöffnungen angebracht werden.

Ergibt sich für eine Masse bestimmter Viskosität und/oder bei gegebener Drehzahl der Rührarme, daß die Durchwirbelung mit z. B. vier öffnungen 43 zu groß oder die durch die Rührflügel erzeugte Förderwirkung und Zentrifugalkraft zu klein ist, so können eine oder mehrere der öffnungen 43 ganz oder teilweise abgedeckt werden. Hierzu können Abdeckplatten 44, wie in F i g. 2 eine beispielsweise strichpunktiert gezeigt ist, dienen, die mittels Schrauben 45 an den zugehörigen Rührflügel 21 angeschraubt sind. Statt dessen kann (wie in F i g. 2 strichpunktiert für eine Öffnung dargestellt) für stetige Veränderungen des Durchtrittsquerschnitts an einer oder mehreren der Öffnungen 43 ein Schieber 46 je öffnung oder an nur einer oder zwei öffnungen angebracht sein, der an derRührflügelfläche mittels einer Gleitführung 47 geführt ist und mittels Schrauben 48 gegen die Gleitführung bzw. gegen den Rührflügel in einer wahlweise eingestellten Lage festgeklemmt werden kann, in der der Schieber die zugehörige Öffnung 43 ganz oder teilweise verschließt oder öffnet.

Um den DurchtrittsquerschniU der Trennwände 27 nach Bedarf, z. B. nach Maßgabe der Viskosität der Masse oder der Drehzahl der Rührarme, verändern zu können, kann je ein Abdeckring 49 (F i g. 2 bis 4) in der Höhe der Öffnungen 28 der Trennwände 27 über diesen vorgesehen und verstellbar an dem darüber befindlichen Teil jeder zugehörigen Trennwand angebracht sein. Gemäß F i g. 3 und 4 besitzt der Abdeckring im Bereich der Öffnungen 28 je einen Ausschnitt 50 und ferner einen Langlochschlitz 51, der in Umfangsrichtung des Ringes verläuft und durch den eine Stellschraube 52 hindurchgreift, mittels der der Ring in einer Winkelstellung an der Trennwand festgelegt werden kann, in der er die öffnungen 28 ganz oder teilweise verschließt oder öffnet. Abweichend von der Hauptpatentanmeldung wird man bei Anwendung dieser Einstellvorrichtung für den Durchtrittsquerschnitt der öffnung 28 diese in Umfangsrichtung und auch in lotrechter Richtung zweckmäßig _λ größer wählen als im Hauptpatent und in F i g. 1 gezeigt ist

Die in F i g. 2 bis 4 dargestellten Einstellmöglichkeiten für die Durchtrittsöffnungen 43 bzw. 28 werden vorzugsweise bei einem Versuchsreaktor angebracht, der dazu dient, die optimale Querschnittsgröße dieser ' Öffnungen für eine bestimmte Viskosität oder einen bestimmten Viskositätsbereich der zu behandelnden Masse oder für eine bestimmte Behandlungsart oder Ausdampfungsgrad der Masse bei gegebener oder veränderlicher Drehzahl der Rührarme zu ermitteln. Ist diese Ermittlung geschehen, so kann für diesen Viskositätsbereich von Massen und Behandlungen ein gleichbleibender Durchtrittsquerschnitt für die Öffnungen 43 bzw. 28 für die Serienfertigung des Reaktors gewählt und beibehalten werden, z. B. derart, daß der Reaktor entweder für kondensierende Kunstharzmassen oder für nicht kondensierende Kunstharzmassen oder für Syrup- oder Zuckermassen oder Cellulosemassen geeignet ist. Soll hingegen ein Reaktor gebaut werden, der für mehrere Anwendungsgebiete, z. B. einerseits kondensierende Kunstharze hoher Anfangs- und Endviskosität vor bzw. nach der Ausdampfung und nicht kondensierende oder sonstige Kunstharze geringer Anfangs- und Endviskosität geeignet ist, so kann für einen solchen Reaktor eine Konstruktion gemäß F i g. 2 bzw. 3 und 4 auch für die eigentliche Produktion eingesetzt werden, z. B. auch in verschiedenen Verfahrensslufen mit unterschiedlicher Viskosität der Masse beim Einführen in Jen Reaktor.

Nahe seinem oberen Rand ist der Reaktorboden zu einem umlaufenden äußeren Bodenring 30 ausgebildet, der den äußersten Teil 31 des Produktionsraumes bildet und einen im wesentlichen waagerecht verlaufenden Bodenteil 30 α und einen lotrecht verlaufenden Wandteil 30 b besitzt, der den Produktionsraum begrenzt und mit Abwicklungen in den Flansch 4 des unteren Reaktorteils übergeht.

In dem ringförmigen Bodenteil 30« ist mindestens eine Austragrtffnung 32 für das Produkt angebracht. Die äußeren Enden der Rührarme 20 tragen an der Senc-ichaber 33, die den größten Teil des Raumes 31 einnehmen und an den Teilen 30 α und 30 b des Bodenringes 30 entlangstreichen. Die Schaber sorgen dafür, daß sich an den Teilen 30 α und 30 b des Bodenringes 30 keine Absetzungen des Produktes bilden, die auch im kegelstumpfförmigen Teil des Bodens 6 und an den Trennwänden 27 durch die Zemrifugalströmung der Masse und durch die Rührwirkung der Rührflügel 21 und Rührarme 20, ebenso wie an diesen selbst vermieden werden.

An die Austragöffnung 32 schließt sich ein Austragrohr 34 an, in dem eine Austragschnecke 35 umläuft, die sich gleichfalls unmittelbar an die Austragöffnung 32 anschließt. Die Austragschnecke 35 und das Austragrohr 34 gehen durch einen Anschlußteil 29, der Piüssigkcitsdächt den Doppelmantel des Reaktors gegen das Rohr an einem Stutzen 39 abschließt, und durch einen Heizmantel 36 hindurch, der mit dem Anschlußteil 29 mittels eines Anschlußflansches 29 a verbunden ist. Die Eintritts- und Austrittsstutzen für die Heizflüssigkeit oder -dampf des Heizmantels 36 sind in der Zeichnung weggelassen. Die Schnecke wird durch einen Motor 37 angetrieben, dessen Gehäuse mit dem am unteren und oberen Ende geschlossenen Heizmantel verbunden ist. Das von der Austragschnecke ausgetragene Produkt tritt durch den Heizmantel 36 und einen Austrittstutzen 38 aus und wird von diesem in Pfeilrichtung einem Speicherraum oder ■weiterer Behandlung, z. B. in einem nachgeschalteten Reaktor gleicher Bauart, zugeführt

Sind in den Bodenring 30 mehrere Austragsöffnungen 32 angebracht, so ist für jede dieser Austragsöffnungen je eine Austragschnecke 35 mit den entsprechenden zugehörigen Teilen 34,29,29 α und 36 bis 39 vorgesehen.

Der Flüssigkeitsspiegel 24 wird selbsttätig auf geringe Höhe von wenigen mm über den Rührarmen mit Hilfe einer z. B. optischen Abfüllvorrichtung eingestellt. In der gezeichneten Ausführungsform besteht die Abfüllvorrichtung aus einer /-Strahlenquelle 40. Die darin fortlaufend erzeugte y-Strahlung durchdringt die Behälterwandung und die darin befindliche

Masse und gelangt in ein Zählrohr 41. Dieses Zählrohr steuert in an sich bekannter Weise die Förderleistung der Pumpe 8 an ihrem Motor 7 und vorzugsweise auch am Motor 12 die Drehzahl der Welle 13 für den Rührer 14 und die gegebenenfalls vorgesehene Förderschnecke 18.

Durch das Ausdampfen und die Wirkung der Rührarme 20 entstehen am Flüssigkeitsspiegel 24 aufbrechende Blasen und können oberhalb der Schaber 33 Spritzer der Masse auftreten, die sich unerwünscht

an der Innenwandung des Reaktors absetzen könnten. Urn dies zu verhindern, ist auf dem äußeren Rand des Reaktorbodens auf die Abwinklung des Bodenringes 30 ein Spritzschutzring 42 aufgesetzt, der über den Flüssigkeitsspiegel übersteht und den Bodenring übergreift. Ferner besitzen die Schaber 33 über die Rührarme gegen den Spritzschutzring 42 hin vorstehende Teile 33 a, die an der Innenseite des Schutzringes als Abstreifer angreifen und auch an dieser die Absetzung von Masse verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktor zur Behandlung viskoser Ausgangsmassen unter Erhitzung und Dampfbildung, wobei der Reaktor die Form eines lotrecht stehenden Behälters mit ringförmigem Mantelquerschnitt und mit sich im wesentlichen kegelstumpfförmig nach unten verjüngenden Boden hat und umlaufende, radial verlaufende Rührarme und von diesen axial abstehende Rührflügel eines autreibbaren Rührwerks mit lotrechter Welle in die dem Reaktor fortlaufend zugeführte und von ihm abgeführte Masse eintauchen, deren Flüssigkeitsspiegel konstant mindestens am Massezufluß des Reaktors selbsttätig auf ein vorgegebenes Niveau geregelt wird, wobei die Rührarme und die daran befestigten Rührflügel über den größten Teil ihrer Rührfläche in dem von dem kegelstumpfförmigen Reaktorboden gebildeten Produktionsraum untergebracht sind, wobei die nahe unter dem Flüssigkeitsspiegel beginnenden Rührflügel bis nahe an den kegelstumpfförmigen Reaktorboden ragen und über ihre axiale Länge radiale Zwischenräume zwischen sich bilden, durch die ringförmige und mit Durchtrittsöffnungen versehene, mit dem Reaktorboden verbundene Trennwände hindurchgehen, die konzentrisch zur Reaktorwelle verlaufen und als Bremsorgane für die radial durch die Durchtrittsöffnungen abströmende Masse dienen, und wobei ferner der Reaktorboden nahe seinem oberen Rand zu einem umlaufenden, äußeren Bodenring des Produktionsraumes mit mindestens einer oder mehreren Bodenöflnungen ausgebildet ist und die Rührarme in den Bodenring eingreifende Schaber tragen, nach Patentanmeldung P 18 13 956.5-44, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührflügel (21) und/oder die Rührarme (20) mit Durchtrittsöffnungen (43) für den Durchtritt des Gutes zur Erhöhung seiner Durchwirbelung oder Durchmischung versehen sind.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (43) in den Rührflügeln (21) und/oder Rührarmen (20) insgesamt 10 bis 30 Vo der Oberfläche der Rührflügel einnehmen.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen (43) der Rührflügel (21) bzw. Rührarme (20) durch Einstellmittel (46) veränderlich einstellbar ist.