DE2315114B2

DE2315114B2 - Verfahren zum Mischen von flüssigen Stoffen mit hohen Viskositätsunterschieden

Info

Publication number: DE2315114B2
Application number: DE2315114A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.- Chem. Dr. 6710 Frankenthal Bolte; Hermann Dipl.-Chem. Dr. Fischer; Eduard Dipl.-Ing. Heil; Klaus Dipl.-Ing. Dr. 6805 Heddesheim Mathias; Joerg Dipl.-Ing. 6700 Ludwigshafen Rebhan; Richard Dipl.-Ing. Dr. 6719 Battenberg Thoma
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1973-03-27
Publication date: 1979-08-23
Also published as: JPS50157956A; BE812918A; FR2223073A1; DE2315114A1; IT1011163B; NL7404073A; FR2223073B3; GB1455663A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen flüssiger Stoffe, die durch Zähigkeitsunterschiede von mindestens zwei Zehnerpotenzen charakterisiert sind, wobei ein Gegenstrom durch wiederholtes Aufteilen in Teilströme, Umlagern der Teilströme und durch deren Wiederzusammenführen bei einem Scheirgefälle von höchstens 10⁴ see-' innig vermischt wird.

Zum Einmischen von niederviskosen Stoffen in Polymerschmelzeii. sind bisher im wesentlichen drei Arbeitsweisen üblich. Zum «inen kennen die niedervtokosen Stoffe nach Zugabe zu den Monomeren direkt mit einpolymerisiert werden. Wegen der Heeinflussung der Polymerisationsbedingungen, der Ausgasungsverlusle 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, niedervbkose Stoffe nach der Polymerisation einem dann irn Schmelzzustand befindlichen Polymeren auf dynamischen Mischern homogen zuzumischen. Diese Arbeitsweise erfordert jedoch den Einsatz relativ teurer 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 hochviskose Stoffe mit den beliebig vergrößerbaren und bei niedrigem Schergefälle, also produktschonend arbeitenden statischen Mischern, die den Schneckenmaschinen vor allem bezüglich niedriger Anschaffung«· und Betriebskosten, aber auch durch geringe Störanfälligkeit überlegen sind, gelingt bei Viskositätsunterschieden der beiden zu vermischenden Stoffe von mehr als zwei Zehnerpotenzen, gemessen in Pas, 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 ggf. vormals schon als Schmelze vorliegendes Polymeres erneut aufgeschmolzen werden, wodurch Produkteigel i-

schäften negativ beeinflußt werden 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, niederviskose Stoffe in im Schmelzezustand befindliche Polymere möglichst schonend, d.h. ohne eine starke Scherbeanspruchung zumindest für den Großteil der Polymerschmelze, homogen einzumischen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die niederviskose Flüssigkeit mit einem abgezweigten Zweigstrom der hochviskosen Flüssigkeit, wobei der Anteil der niedrigviskosen Flüssigkeit höchstens 60% des abgezweigten Zweigstromes der hochviskosen Flüssigkeit beträgt, bei einer Schergesc.iwindigkeit von mindestens 0,1 see-' vorgemischt wird und die so hergestellte Vormischung mit dem nicht abgezweigten Teil des Stromes der hochviskosen Flüssigkeit zu dem Gesamtstrom vereinigt wird.

Gegenüber bekannten Arbeitsweisen zum Einmischen von niederviskosen Zuschlägen in Polymerschmeizen bietet das genannte Verfahren folgende Vorteile:

1. Da dem hochviskosen Zweig- und/oder Seitenstrom große 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 Pas) 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 Zehnerpoter.zen (gemessen in Pas) von der Viskosität des Hauptstroms unterscheidet, ist zur h.^rogenen Vermischung ein statischer Mischer mit seinen Vorteilen

— geringe Störanfälligkeit infolge fehlender beweglicher Teile, beliebige Vergrößerbarkeit, äußerst geringe Anschaffungs- und Betriebskosten

— einsetzbar.

3. 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 Pas) eingehalten 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 erfindungsgemäfie 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 das Schema einer Anlage 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 Gesamt- oder eine Teilmenge des über ein weiteres Dosieraggregat 8, z. B. eine Kolbenpumpe, geförderten niederviskosen Stoffs führt

Diese Verbindungsstelle 6 ist weiterhin mit Rohrleitungen 14, 13 verbunden, die gegebenenfalls flüssige oder feststoffenthaltende hochviskose Stoffe fördern. Alle an der Stelle 6 zusammengeführten Rohrleitungen 4, 7 und 13 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 16, 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 18 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 (II).

π In einen Polymerzweigstrom von 2,5 kg/h aus Stoff Il mit einer Zähigkeit von etwa 2(10 Pas (gemessen bei 260⁰C) wurden 150 g/h des Stoffs I mit einer Zähigkeit von etwa 1,0 Pas (gemessen bei 140" C) in einem dynamischen Mischer bei einer Temperatur von 260⁰C eingemischt Die Viskosität der so erhaltenen Vormischung lag um fast eine Zehroerp-.xenz unter der Viskosität des Poiymerhauptstromis (Stoff U). Bei 25PC wurde der Polymerhauptstrom vom 9,5 kg/h mit der Vormischung aus Polymerzweigstrom und Stoff I in einem statischen Mischer vermischt Die Konzentration des Stoffts I betrug im homogenen Endprodukt 1,2%. Gepreßte Plättchen, als Prüfkörper aus diesem Produkt hergestellt zeigten keine Schlieren

j₀ Beispiel 2

Einmischen eines Paraffins in Polystyrol.
In einen Polymerzweigstrom von 3,8 kg/h mit einer Zähigkeit von 10³ Pas (gemessen bei T = 276° C und einem Schergefälle von 0,07 < D < 1,0 see-') wurde

)5 auf einem dynamischen Mischer 0,94 kg/h eines Paraffinöls mit einer Zähigkeit von 0,2 Pas (gemessen bei 30⁰C und einem Schergefälle von 5 see-¹) eingemischt Die erhaltene Vormischung lag mit 19,7% Anteil an niederviskosem Stoff noch jnte: 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 280⁰C in

-*3 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 PreQplättchen geprüft, die keine Schlieren zeigten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Mischen flüssiger Stoffe, die durch Zähigkeitsunterschiede von mindestens zwei Zehnerpotenzen charakterisiert sind, wobei ein Gesamtstrom durch wiederholtes Aufteilen in Teilströme, Umlagern der Teilströme und durch deren Wiederzusammenführen bei einem Schergefälle von höchstens 10⁴SeC-' innig vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die niederviskose Flüssigkeit mit einem abgezweigten Zweigstrom der hochviskosen Flüssigkeit, wobei der Anteil der niedrigviskosen Flüssigkeit höchstens 60% des abgezweigten Zweigstroms der hochviskosen Flüssigkeit beträgt, bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 0,1 see-' vorgemischt wird und die so hergestellte Vormischung mit dem nicht abgezweigten Teil des Stroms der hochviskosen Flüssigkeit zu dem Gesamtstrom vereinigt wird.