DE2315114A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von fluessigen stoffen mit hohen viskositaetsunterschieden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mischen von fluessigen stoffen mit hohen viskositaetsunterschieden

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Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG ooirit/
2315 ι ι Α
Unser Zeichen; O.Z. 29 7δ5 Spr/Wn 6700 Ludwigshafen, 26.3·1973
Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von flüssigen Stoffen mit hohen Viskositätsunterschieden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen flüssiger Stoffe, die durch Zähigkeitsunterschiede von mindestens zwei Zehnerpotenzen, gemessen in Poise, charakterisiert sind, unter Herstellung einer Vormischung in einem Seiten- oder Zweigstrom. Insbesondere können nach diesem Verfahren niederviskose Stoffe, wie Schmier- und Treibmittel, Stabilisatoren, Weichmacher usw., in Polymerschmelzen eingemischt werden.
Zum Einmischen von niederviskosen Stoffen in Polymerschmelzen sind bisher im wesentlichen drei Arbeitsweisen üblich. Zum einen können die niederviskosen Stoffe nach Zugabe zu den Monomeren direkt mit einpolymerisiert werden. Wegen der Beeinflussung der Polymerisationsbedingungen, der Ausgasungsverluste und der Verluste an diesen Stoffen in nachfolgenden verfahrenstechnischen Operationen (z.B. Extraktion) ist diese Art der Einmischung nur in Spezialfällen möglich.
Weitverbreitet hingegen ist die Methode, niederviskose Stoffe nach der Polymerisation einem dann im Schmelzzustand befindlichen Polymeren auf dynamischen Mischern homogen zuzumischen. Diese Arbeitsweise erfordert jedo-ch den Einsatz relativ teuerer Maschinen, wie Schneckenmaschinen, und kann wegen der hohen Scherspannung des Polymeren zu unerwünschter Änderung der Produkteigenschaften oder gar zur Produktschädigung führen. Außerdem ist bei großen Polymerisatdurchsätzen infolge bauartbedingter Kapazitätsgrenzen die Aufteilung des Schmelzestromes auf mehrere parallel betriebene dynamische Mischer erforderlich. Das Einmischen von niederviskosen stoffen in hoch-
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viskose Stoffe mit den beliebig vergrößerbaren und bei niedrigem Schergefälle, also produktschonend arbeitenden statischen Mischern, die den Schneckenmaschinen vor allem bezüglich niedriger Anschaffungs- und Betriebskosten, aber auch durch geringe Störanfälligkeit überlegen sind, gelingt bei Viskositätsunterschieden der beiden zu vermischenden Stoffe von mehr als zwei Zehnerpotenzen, gemessen in Poise, nur sehr unzureichend.
Letztlich besteht noch die Möglichkeit, in einer Sekundärkonfektionierung, also nach erneutem Aufschmelzen eines in Granulatform vorliegenden Polymeren, die niederviskosen Stoffe in die Polymerschmelze einzuarbeiten. Bei diesem Verfahren muß ein gegebenenfalls vormals schon als Schmelze vorliegendes Polymeres erneut aufgeschmolzen werden, wodurch Produkteigenschaften negativ beeinflußt v/erden können und zusätzlich zur Energie für das Vermischen auch die Energie zum erneuten Wiederaufschmelzen des Polymeren aufgebracht werden muß.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben geschilderten Nachteile beim direkten Einpolymerisieren von niederviskosen Stoffen, beim Einmischen im ursprünglichen Schmelzezustand oder beim Einmischen in einem Sekundärkonfektionierschritt, also nach erneutem Aufschmelzen eines in Granulatform vorliegenden Polymeren zu vermeiden.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der niederviskose Stoff bis zu einem Anteil von höchstens 60 Gewichtsprozent mit einem Teil des hechviskosen Stoffs in einem Zweigstrom bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 0,1 see" vorgemischt wird und die so hergestellte Vormischung mit dem Hauptstrom, bestehend aus dem verbliebenen Teil des hochviskosen Stoffs, vereinigt und der dadurch entstandene Gesamtstrom durch wiederholtes Aufteilen in Teilströme, Umlagern dieser Teilströme und durch deren Wiederzusammenführen
4 -1 bei einem Schergefälle von höchstens 10 see innig vermischt
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver-
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fahrens besteht darin, da3 beim Vormischen von niederviskosem und hochviskosem Stoff ein zweiter in einem Seitenstrom geführter hochviskoser Stoff zugemischt wird. Dieser zweite als Seitenstrom geführte hochviskose Stoff kann gegebenenfalls dem niederviskosen Stoff auch allein zugemischt werden.
Eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Teilmenge des niederviskosen Stoffs dem hochviskosen Hauptstrorn direkt zudosiert wird und die restliche Menge des niederviskosen Stoffs dem Zweigstrom des hochviskosen Stoffs und/oder dem Seitenstrom des zweiten hochviskosen Stoffs zugemischt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Teilmenge des niederviskosen Stoffs dem (den) hochviskosen Stoff(en) vor oder während seiner (ihrer) Herstellung zugesetzt und die restliche Menge des niederviskosen Stoffs in den (die) hochviskosen Stoff(e) eingemischt wird. Zusätzlich können dem Zweig- und/oder Seitenstrom und/oder dem Hauptstrom flüssige oder feststoffenthaltende hochviskose Zuschläge zugeführt werden.
Der hochviskose Zweig- und/oder Seitenstrom und der niederviskose Gesamt- oder Teilstrom sind dabei in ihrem Mengenverhältnis so aufeinander abzustimmen, daß Löslichkeitsgrenzen nicht oder nur wenig überschritten werden, daß bei dem Schergefälle von mindestens 0,1 see" noch eine homogene Vermischung von Zweig- und/oder Seitenstrom und niederviskosem Gesamt- und/oder Teilstrom möglich ist und daß der Viskositätsunterschied dieser derart hergestellten Vormischung höchstens zwei Zehnerpotenzen, gemessen in Poise und verglichen mit dem im Hauptstrom geführten hochviskosen Stoff, beträgt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein von der Hauptleitung abzweigender Rohrstrang, gegebenenfalls zusammen mit einem zweiten Rohrstrang für einen zweiten hochviskosen Stoff, über ein Dosieraggregat mit einer Leitung, enthaltend ein zweites
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Dosieraggregat für den niederviskosen Stoff, verbunden wird und diese Verbindungsstelle über eine Rohrleitung an einen dynamischen Mischer angeschlossen ist, wobei eine Leitung die Verbindung zwischen diesem Mischer und der Hauptleitung herstellt, die ihrerseits an einen statischen Mischer angeschlossen ist und noch zusätzlich Anschlüsse für weitere Rohrleitungen enthält.
Gegenüber bekannten Arbeitsweisen zum Einmischen von niederviskosen Zuschlagen in Polymerschmelzen bietet das genannte Verfahren folgende Vorteile:
1. Da dem hochviskosen Zweig- und/oder Seitenstrom gro3e Mengen an niederviskosem Stoff zudosiert werden, stellt sich im dynamischen Mischer eine mittlere Viskosität ein, die im Vergleich zur Viskosität des im Hauptstrom geführten hochviskosen Stoffs bis zu zwei Zehnerpotenzen (gemessen in Poise) niedriger liegt. Durch diese herabgesetzte Viskosität wird der Leistungsbedarf des dynamischen Mischers vermindert und die Vormischung darüber hinaus infolge geringerer Scherung mechanisch und thermisch schonend behandelt.
2. Erst dadurch, daß die in den hochviskosen Hauptstrom einzuarbeitende Vormischung in ihrer Viskosität sich um höchstens zwei Zehnerpotenzen (gemessen in Poise) von der Viskosität des Hauptstroms unterscheidet, ist zur homogenen Vermischung ein statischer Mischer mit seinen Vorteilen - geringe Störanfälligkeit infolge fehlender beweglicher Teile, beliebige Vergrößerbarkeit, äußerst geringe Anschaffungs- und Betriebskosten - einsetzbar.
J). Bei Produkten, die thermisch leicht geschädigt werden können, kann die Prozeßtemperatur herabgesetzt werden. Die relativ niedrige mittlere Viskosität der Vormischung wird dabei im dynamischen Mischer ansteigen. Entsprechend kann die Temperatur des Hauptstroms soweit vermindert werden, daß die Grenze des maximal tragbaren Viskositätsunterschieds von zwei Zehnerpotenzen (gemessen in Poise) einge-
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halten wird. Niedrige Arbeitstemperaturen bedeuten geringeren Wärmeenergiebedarf und vor allem Verminderung der Gefahr einer thermischen Schädigung.
4. Durch die niedrigere Viskosität der Vormischung im dynamischen Mischer können in dieser Mischstufe im Vergleich zu ZweiSchneckenmaschinen einfachere und damit auch billigere Mischaggregate, wie z.B. Einschneckenmaschinen, Zahnscheibenmischer usw., eingesetzt werden. In Abhängigkeit vom Prozentgehalt des niederviskosen Stoffs im Endprodukt wird nur ein relativ geringer Teilstrom über den dynamischen Mischer geführt, der entsprechend den geringen Durchsätzen klein gewählt werden kann. Der Hauptstrom, der mengenmäßig meist überwiegt, und die Vormischung werden aber im beliebig und vor allem kostengünstig vergrößerbaren statischen Mischer vermischt. Gerade aus der durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgenutzten Kombination von statischem und dynamischem Mischen ergibt sich ein äußerst attraktiver Vorteil durch niedrige Anschaffungs- und Betriebskosten, vor allem verglichen mit einem Einmischen von niederviskosen Zuschlägen auf Schneckenmaschinen allein, die bauartbedingt im Durchsatz begrenzt sind und unter Umständen eine mehrstraßige Mischstufe erforderlich machen.
Im folgenden wird anhand einer Zeichnung die Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
Von einer Hauptleitung 1, die einen ersten hochviskosen Stoff führt, wird an einer Stelle 2 ein Rohrstrang 4 zur Führung eines Zweigstroms dieses hochviskosen Stoffs abgezweigt, gegebenenfalls mit einem zweiten Rohrstrang 3 verbunden, in dem ein Seitenstrom eines zweiten hochviskosen Stoffs geführt werden kann, und an ein Dosieraggregat 5, z.B. eine Zahnradpumpe, angeschlossen. Die vom Dosieraggregat 5 führende Leitung 4 ist mit einer Rohrleitung 7 verbunden, die die Gesamtoder eine Teilmenge des über ein weiteres Dosieraggregat 8, z.B. eine Kolbenpumpe, geförderten niederviskosen Stoffs führt.
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Diese Verbindungsstelle 6 ist weiterhin mit Rohrleitungen 14, 1} verbunden, die gegebenenfalls flüssige oder feststoffenthaltende hochviskose Stoffe fördern. Alle an der Stelle 6 zusammengeführten Rohrleitungen 4, 7 und Ij5 sind über einen Rohrstrang 11 an einen dynamischen Mischer 12, z.B. einen Zahnscheibenmischer, angeschlossen, in dem eine homogene Vermischung der zugeführten Stoffströme erreicht wird. Vom dynamischen Mischer 12 führt eine Rohrleitung l6, die die Vormischung enthält, zurück zur Hauptleitung 1, Von der Verbindungsstelle 17 an wird in der Hauptleitung 1 Vormischung und restlicher Teil des ersten hochviskosen Stoffs geführt. An der Verbindungsstelle l8 ist die Hauptleitung 1 mit einer Rohrleitung 14, 15,über die zusätzliche weitere flüssige oder feststoffenthaltende hochviskose Stoffe zugeführt werden können, und an der Verbindungsstelle 19 mit einer Rohrleitung 9 verbunden, durch die gegebenenfalls die Restmenge des niederviskosen Stoffs zugeleitet wird. Der Hauptleitung 1 ist dann ein statischer Mischer 20 nachgeschaltet, in dem alle über die Hauptleitung 1 zugeführten Stoffe homogen vermischt werden, wobei über eine Leitung 9> 10 gegebenenfalls auch eine Teilmenge des niederviskosen Stoffs dem statischen Mischer 20 direkt zugeführt werden kann. Die vom statischen Mischer 20 abgehende Rohrleitung 21 enthält die homogene Mischung aus allen hoch- und niederviskosen Stoffen.
Zwei Beispiele erläutern nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren.
Beispiel 1
Einmischen eines niederviskosen Stoffs (I) in Polyamid 6 (II).
In einen Polymerzweigstrom von 2,5 kg/h aus Stoff II mit einer Zähigkeit von etwa 2000 P (gemessen bei 26O0C) wurden 150 g/h des Stoffs I mit einer Zähigkeit von etwa 10 P (gemessen bei l40°C) in einem dynamischen Mischer bei einer Temperatur von 26O0C eingemischt. Die Viskosität der so erhaltenen Vormischung lag um fast eine Zehnerpotenz unter der Viskosität des Polymerhauptstroms (Stoff II). Bei 251°C wurde
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der Polymerhauptstrom von 9»5 kg/h mit der Vormjschung aus Polymerzweigstrom und Stoff I in einem statischen Mischer vermischt. Die Konzentration des Stoffs I betrug im homogenen Endprodukt 1,2 %. Gepreßte Plättchen, als Prüfkörper aus diesem Produkt hergestellt, zeigten keine Schlieren.
Beispiel 2
Einmischen eines Paraffins in Polystyrol.
In einen Polymerzweigstrom von 3,8 kg/h mit einer Zähigkeit von 10 P (gemessen bei T = 2760C und einem Schergefälle von 0,07 <D <l,0 see" ) wurde auf einem dynamischen Mischer 0,94 kg/h eines Paraffinöls mit einer Zähigkeit von 2 P (gemessen bei 300C und einem Schergefälle von 5 see" ) eingemischt. Die erhaltene Vormischung lag mit 19,7 % Anteil an niederviskosem Stoff noch unter der Löslichkeitsgrenze des Paraffins im Polystyrol von ca. 30 % Anteil. Die Viskosität dieser Vormischung lag ca. eine Zehnerpotenz unter der Viskosität des Polymerhauptstroms. Der Polymerhauptstrom mit 11*7 kg/h wurde bei einer mittleren Temperatur von 280°C in einem statischen Mischer mit der Vormischung vermischt. Die Endkonzentration des Paraffins im Polystyrol betrug 5,7 % bei homogener Verteilung. Auch hier wurde die Mischgüte an Preßplättchen geprüft, die keine Schlieren zeigten.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Ö Verfahren zum Mischen flüssiger Stoffe, die durch Zähigkeitsunterschiede von mindestens zwei Zehnerpotenzen (gemessen in Poise) charakterisiert sind, unter Herstellung einer Vormischung in einem Zweigstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der niederviskose Stoff bis zu einem Anteil von höchstens 60 Gewichtsprozent mit einem Teil des hochviskosen Stoffs in dem Zweigstrom bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 0,1 see vorgemischt wird und die so hergestellte Vormischung mit dem Hauptstrom, bestehend aus dem verbliebenen Teil des hochviskosen Stoffs, vereinigt und der dadurch entstandene Gesamtstrom durch wiederholtes Aufteilen in Teilströme, Umlagern dieser Teilströme und durch deren Wiederzusammenführen bei einem
    4 -1 Schergefälle von höchstens 10 see innig vermischt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vormischen von niederviskosem Stoff und hochviskosem Stoff ein zweiter in einem Seitenstrom geführter hochviskoser Stoff zugemischt wird.
  3. J). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Seitenstrom geführte hochviskose Stoff dem niederviskosen Stoff allein zugemischt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des niederviskosen Stoffs dem hochviskosen Hauptstrom direkt zudosiert wird und die restliche Menge des niederviskosen Stoffs dem Zweigstrom des hochviskosen Stoffs und/oder dem Seitenstrom des zweiten hochviskosen Stoffs zugemischt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des niederviskosen Stoffs dem (den) hochviskosen Stoff(en) vor oder während seiner (ihrer) Herstellung, bei Polymeren z.B. während der Polymerisation,
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    zugesetzt und die restliche Menge des niederviskosen Stoffs in den (die) hochviskosen Stoff(e) eingemischt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, da3 zusätzlich dem Zweig- und/oder Seitenstrom und/oder dem Hauptstrom flüssige oder feststoffenthaltende, hochviskose Zuschläge zugefiJhrt werden.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da3 ein von der Hauptleitung (l) abzweigender Rohrstrang (4), gegebenenfalls zusammen mit einem zweiten Rohrstrang (3) für einen zweiten hochviskosen Stoff über ein Dosieraggregat (5) mit einer Leitung (7)* enthaltend ein zweites Dosieraggregat (8) für den niederviskosen Stoff, verbunden wird und diese Verbindungsstelle (6) über eine Rohrleitung (Ii) an einen dynamischen Mischer (12) angeschlossen ist, wobei eine Leitung (16) die Verbindung zwischen diesem Mischer (12) und der Hauptleitung (1) herstellt, die ihrerseits an einen statischen Mischer (20) angeschlossen ist, und noch zusätzliche Anschlüsse (18, 19) für weitere Rohrleitungen (9, 14, 15) enthält.
    Badische Anilin- & Soda-Fabrik /G
    Zeichn.
    409841/0451
    Le e rs e i t
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