DE2339530A1

DE2339530A1 - Misch- und emulgiervorrichtung

Info

Publication number: DE2339530A1
Application number: DE19732339530
Authority: DE
Inventors: John Thomas Day
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1974-04-25
Also published as: JPS4976156A; SE383479B; FR2202719B1; CH568094A5; CA994325A; IT995818B; FR2202719A1; US3807703A; ES419776A1; AU6123073A; BR7307956D0; GB1443539A

Description

Dlpl.-Ing. Heinz Bardehle

Patentanwalt

MfccteR 22. Htrmstr. 15. M. 2! 2555 t MiKhM 26, Pasilock 4

München, den 3, fyg, j|7j

Mein Zeichen: P 1755
Anmelder: USM Corporation

Flemington / New Jersey - USA

Zustelladresse:

140 Federal Street

Boston/Mass. 02107

USA

Misch- und Emulgiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Emulgieren von Materialien und insbesondere zur Durchführung von Zusatz- oder Kondensationspolymerisationen, bei denen Grundflüssigkeitsbestandteile in gewünschten Mengen in die Vorrichtung gegeben werden. Die Bestandteile werden dann abwechselnd in Abhängigkeit von dem besonderen Verfahren in eine besondere Emulsionsform gebracht und/oder zur Reaktion gebracht, um ein synthetisches Polymerisationsmaterial zu erzeugen. Die Erzeugung der gewünschten Emulsion, die tatsächlich eine Ausgangsstufe ist, aus der ein besonderes Polymerisationsprodukt dann durch Reaktion erzeugt werden kann, ist sehr schwer

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zu erhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Reaktionsmedium in Emulsionsform erzeugt werden, in dem fichtige Reaktionsmengen vorhanden und zugleich die Reaktionsbedingungen erfüllt sein müssen. Die Emulsionspolymerisation hat daher von diesem Standpunkt aus stets zu diesen schwierigen Problemen geführt.

Die Probleme beruhen nicht einfach in den chemischen Vorgängen bei der Polymerisation, sondern sind verwickelt und hängen stark von den physikalischen Bedingungen ab, d.h. von den mechanischen Hilfsmitteln, die zur Herstellung der Emulsionspolymersiationsbestandteile verwendet werden, ebenso wie diejenigen, in denen die Emulsionspolymerisation durchgeführt wird. Gerade für letztere ist die vorliegende Erfindung von besonderer Bedeutung.

Bisher wurden Emulsionspolymerisationen üblicherweise diskontinuierlich durchgeführt. Dabei wurden die Bestandteile in einer Vorrichtung gemischt, dann etöchiometrlsch und physikalisch in die richtige Emulsionsform gebracht und danach wurde das Gemisch polymerisiert. Jeder Vorgang erforderte die Verwendung von gesonderten Teilen der Vorrichtung, mit denen oder in denen diese Stufen des Gesamtvorgangs durchgeführt wurden.

Z.B. ist eine Kondensationspolymerisation bekannt, bei der das Verfahren.die Herstellung und die Reaktion von im wesentlichen flüssigen Gemischen zur Erzeugung von Polyurethanen umfaßt, bei welcher in einer Zwischenstufe eine Emulsion gebildet wird. Bei diesem Verfahren wird wenigstens ein flüssiger Bestandteil, der in den Übrigen Materialien im wesentlichen unlöslich ist,.in allen übrigen flüssigen Materialien dispergiert.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen und Emulgieren von zur Herstellung von raikroporigen Polyurethankörpern zu reagie-

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renden Materialien, wie sie in der US-PS 3 551 364 beschrieben ist. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren (das diskontinuierlich ist), wird eine Flüssigkeit, die so ausgewählt ist, daß sie keine oder nur eine sehr begrenzte Löslichkeit bzw* Blähwirkung hat, als die diskontinuierliche Phase in einer polyurethanbildenden Reaktionsflüssigkeit dispergiert, die die kontinuierliche Phase der Emulsion bildet. Die Steuerung der Tropfengröße der dispergierten Flüssigkeit wird durchgeführt, um die Porengröße in dem mikroporigen Polyurethankörper zu steuern, der bei diesem Verfahren fortschreitend gebildet wird.

Das Reaktionsgemisch kann zusammen mit der dispergierten Flüssigkeit auf eine Fläche gegossen und die Reaktion kann vervollständigt werden, um ein zähes, verfestigtes Material zu bilden, das die Tropfen der unlöslichen, dispergierten Flüssigkeit in dem verfestigten Körper eingeschlossen enthält. Wie in der erwähnten Patentschrift beschrieben ist, wird die emulgierte, unlösliche Flüssigkeit, die als Tropfen in dem reagierten Urethan enthalten ist, ohne Expandierung des verfestigten Körpers entfernt. Wenn die Emulsionstropfen verdampfen, bleiben.die Öffnungen bzw. Boren bildendeη Räume in dem verfestigten Material zurück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtungzum kontinuierlichen Mischen der Reaktionsmaterialien zu Bildung des Polyurethans und zum Dispergieren der unlöslichen Flüssigkeit in dem Reaktionsgemisch, das die Emulsion bildet, zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Mischen und Emulgieren eines aus mehreren Komponenten bestehenden Gemische, wobei wenigstens eine der Komponenten als diskontinuierliche Phase in wenigstens einer weiteren der Komponenten, die die kontinuierliche Phase des Gemischs ist,

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dispergiert ist, gemäß der Erfindung durch ein Gehäuse mit mehreren zylindrischen Mischkammern, die axial in dem Gehäuse angeordnet und durch eine zentrale Längsbohrung verbunden sind, die sich in das Gehäuse und durch die Zwischenwände erstreckt, die die Enden der zylindrischen Kammern bilden, einen Rotor, der in der Bohrung angeordnet ist, ringförmige Stege, die an dem Rotor im Abstand zu der Bohrung in den Kammerzwischenwänden angeordnet sind, die jeweils einen Stufenseparator zwischen den benachbarten Kammern bilden und zwischen denen eine ringförmige Verbindungsöffnung ausgebildet ist, eine Mischschaufel an dem Rotor in wenigstens einer Kammer, eine Zuführeinrichtung in wenigstens einer der Kammern, eine Auslaßeinrichtung in der Endkammer, eine Einrichtung zum Antrieb der Schaufel und des Rotors, und eine Einrichtung, um die Komponenten des Gemischs unter Druck der Einlaßeinrichtung zuzuführen, so daß die flüssigen Komponenten gemischt und eine der flüssigen Komponenten in einer anderen dispergiert und die so gebildete Emulsion aufeinanderfolgend durch die Kammern, die Stufenseparatoren und die Auslaßrichtung gepumpt wird.

Die Vorrichtung ist in der Lage, die einstufige Herstellung von Polyurethan oder das zweistufige Verfahren durchzuführen, wobei das Vorpolymerisat "on line" hergestellt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mehrere hintereinanderliegende Kammern aus. Ausgewählte Kammern haben wenigstens eine Einlaßöffnung, durch die die Bestandteile (d.h. Pölyol, Vorpolymerisat, Polyisocyanat, unlöslicher Bestandteil usw.) eingeführt werden können. Durch Steuerung der Zuführgeschwindigkeiten der einzelnen Bestandteile kann das Reaktionsgemisch (z.B. das polyurethanbildende) in bestimmten ausgewählten Kammern erzeugt und die ausgewählte unlösliche Flüssigkeit kann in dem Reaktionsgemisch dispergiert werden, das eine Reaktionsemulsion in anderen ausgewählten Kammern bildet.

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Bestimmte Zusatzstoffe des bekannten Verfahrens sind erwünscht, um die besonderen Eigenschaften des Verfahrens zu steuern oder die physikalischen Eigenschaften des Produkts zu beeinflussen. Bei der Herstellung der Emulsion in der reaktionsfähigen polymeren kontinuierlichen Phase sind Emulgierungsmittel zweckmäßig zur Unterstützung der Dispergierung der unlöslichen Flüssigkeit in dem polymeren Material und zur Stabilisierung der sie ergebenden Emulsion. In ähnlicher Weise kann es erwünscht sein, einen oder mehrere Katalysatoren zuzufügen, um die Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit des polymeren Reaktionsgemische in den verschiedenen Stufen des Mischers zu unterstützen. Diese Reaktionssteuerungen können zusätzlich zu der Steuerung der Verweilzeit und der Temperatur des Reaktionsgemische in den verschiedenen Stufen durchgeführt werden.

Die zuvor erwähnten Kammern, die mit öffnungen versehen sind und Stufen bilden, bewirken die bei dem Mischer notwendige Vielseitigkeit, um einen Reaktor mit steuerbarer Prpduktionsgeschwindigkeit für solche zeitlich bemessenen Reaktionen wie die Herstellung von Polyurethan zu erzielen und die Emulgierung von Bestandteilen zu ermöglichen, damit die physikalischen Eigenschaften des Produkts, das hergestellt wird, beeinflußt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert, die einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist mit 2 der Mischer gemäß der Erfindung bezeichnet. Das Gehäuse 4 enthält mehrere Kammern 6, die · einzeln von 6a bis 6h bezeichnet sind. Die Anzahl der Kammern 6 ist nur beispielsweise, wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt. Eine bestimmte Anzahl wird gewählt, um ausreichend viele abgestufte Kammern zum Mischen, Emulgieren und Reagieren der Bestandteile in der gewünschten Reihenfolge zu schaffen, die gewünschte Alterungsver-

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™" 6 —

teilung von Molekülen am Miseherausgang hervorzurufen und die zur Steuerung der besonderen Reaktion benötigte Wärmeübertragung zu bewirken.

Die Kammern 6 haben senkrecht zur Achse des Gehäuses 4 einen kreisförmigen Querschnitt und in der dargestellten Ausführungsform in den die Achse des Gehäuses 4 enthaltenden Ebenen einen rechteckigen Querschnitt. Wo die kreisförmigen Wände 8 mit den Zwischenwänden 10 verbunden sind, sind die Ecken 12 verrundet. Einlaßöffnungen 14, die an Zuführleitungen (nicht gezeigt) angeschlossen sind, dienen dazu, Materialien wie reaktionsfähige Bestandteile und Katalysatoren von Quellen (nicht gezeigt) .zu den Kammern 6 zu transportieren. Abhängig von dem besonderen, durchzuführenden Reaktionsvorgang können keine, eine oder mehrere öffnungen 14 in jeder Kammer 6 benötigt werden.

Eine Auslaßeinrichtung 16 wie ein zentral angeordneter Kanal in der letzten Kammer 6h bildet einen Auslaß für die reaktionsfähige Emulsion, die in dem Mischer 2 erzeugt wird.

Ablenkeinrichtungen 18 wie die dargestellten zylindrischen Stangen können in Abständen um den Umfang der Kammer 6 angeordnet sein, deren Zweck später beschrieben wird. Bei der dargestellten Ausführungsform zur Durchführung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung eines Materials nach der US-PS 3 551 364 sind vier solche Stangen 18 in regelmäßigen Abständen nahe dem Umfang der Kammer 6 angeordnet.

Wärmeübertragungseinrichtungen 20 wie bekannte Fluidic-Kreise mit Wärmeableitungs- oder Wärmezufuhreinrichtungen körnen in dem oder um das Gehäuse 4 angeordnet sein. Die Wärmeübertragungseinrichtungen 20 können einzeln z.B. durch ein Thermoelement 21 und einen bekannten Steuer-

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kreis (nicht gezeigt) gesteuert werden und somit auf eine bestimmte Kammer arbeiten, wenn dies erwünscht ist, um das Wärmeenergieniveau in einer bestimmten Kammer zu steuern. Die Wärmeübertragungseinrichtungen 20 können auch aus einer einzigen Einheit bestehen, wenn es ausreicht, das Gesamtwärmeenergieniveau des Gehäuses 4 zu steuern. Die Bedingungen eines bestimmten, zu steuernden Verfahrens bestimmen die jeweilige Art der Einrichtungen 20.

Ein Mischrotor 22 ist zentral zu den Kammern 6 angeordnet und erstreckt sich axial durch das Gehäuse 4. Der Rotor 22 erstreckt sich in und durch jede Kammer und weist eine Welle 23 und Mischschaufeln 24 (die einzeln von 24a bis 24h bezeichnet sind) auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überlappen einzelne Elemente 26 der Schaufeln 24 etwas benachbarte Elemente und sind unter einem Winkel von etwa 20° zur Drehebene geneigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Anstellwinkel der Elemente 26 derart, daß bei Drehung der Schaufeln 24 die auf die gemischten Bestandteile in der Kammer 6 ausgeübte Kraft in axialer Richtung entsprechend dem allgemeinen Strom der Bestandteile durch die Kammer 2 verläuft. Der Rotor 22 ist in einem Lager 28 gelagert und kann mit irgendeiner bekannten Einrichtung 29 wie einen Hydraulikoder einen Elektromotor zur Drehung gekuppelt sein.

Der Rotor 22 und die Zwischenwände 10 der Kammern 6 wirken zusammen, um die einzelnen Kammern (6a von 6b usw.) voneinander zu trennen. Der Rotor 22 ist mit ringförmigen Stegen 30 versehen, die sich in dem Bereich der Wände IO radial erstrecken und mit diesen zur Trennung der Kammern 6 zusammenwirken. Die Stege 30 sind im Abstand von Bohrungen 32 in den Wänden 10 angeordnet und bilden einen Stufenseparator. Die ringförmige öffnung 34, die von dem Zwischenraum zwischen der Bohrung 32 und dem Steg 3O ge—

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bildet wird, ermöglicht den Vorschub des Materials durch die beschriebene Anordnung von Kammer zu Kammer. Die öffnung 34 ist relativ zu der Schaufel 24 einer nachfolgenden Kammer so angeordnet, daß das Material, das. in diese Kammer eintritt, sofort mit dem darin vorhandenen Material gemischt wird. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform kann ein Separator 33 einen solchen räumlichen Aufbau haben, daß der Rotor 22 und die Bohrung 32 eine Kolloidmühle bilden und die Herstellung und Aufrechterhaltung der gewünschten Emulsion unterstützen. Die räumliche Beziehung des Stegs 30 und der Bohrung 32 wird so bemessen, daß sie den bekannten Materialstrom und der Emulsionstechnologie entspricht. Die öffnungen 34 haben eine Größe, die den.Durchfluß des vorrückenden reaktionsfähigen Gemischs ohne Erzeugung eines Druckabfalls ermöglichen, der den Materialstrom nachteilig beeinflussen würde. Zusätzlich zu den anderen Funktionen (die später beschrieben werden) des Separators 33 kann er die Steuerung der Tropfengröße der dispergierten Phase unterstützen. Die Hauptfunktion der Separatoren 33 ist es jedoch, die mechanische. Bearbeitung und Reaktion einer Kammer von derjenigen der benachbarten Kammer zu trennen, jedoch den richtigen Vorschub des Materials durch die Reaktorstufen zu ermöglichen.

Beim Betrieb der dargestellten Ausführungsform für die Herstellung eines reaktionsfähigen Polyurethangemischs, das ein Material nach der US-PS 3 551 364 bildet, wird der Rotor von einem Motor 29 mit einer relativ hohen Drehzahl von z.B. 1.000 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute (in Abhängigkeit von der Viskosität der reagierenden Materialien und der vorbestimmten Durchflußrate) angetrieben. Zu beachten ist, daß für andere Materialien oder andere Reaktionsbedingungen eine höhere Durchflußrate von Vorteil sein kann. Die zu reagierenden polymeren Materialien wie Polyol in einem einstufigen Verfahren (eine organische Verbindung mit wenigstens zwei aktiven Wasserstoffatomen)

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und eine reaktionsfähige Verbindung (Polyisocyanat) mit wenigstens zwei NCO-Gruppen kann in den Mischer 2 an der Kammer 6a durch öffnungen 14a eingebracht werden. Im Falle eines Vorpolymerisats können in einem zweistufigen Verfahren das geeignete Polyol und eine überstöchiometrische Menge Polyisocyanat ebenfalls in die Kammer 6a eingebracht werden und die notwendigen Kettenstreckmittel (aktiven Wasserstoff enthaltende Materialien)zur Bildung des gewünschten Materials mit hohem Molekulargewicht können in einer späteren geeigneten Stufe zugesetzt werden (d.h.t wenn die das Vorpolymerisat bildende Reaktion bis zu einem geeigneten Punkt fortgeschritten ist - dies ist in der Kammer 6d oder 6e ersichtlich).

Zweck der Kammer 6a, der die Ausgangsreaktionsbestandteile zugeführt werden, ist es in erster Linie, eine Mischung durchzuführen, um eine gleichmäßige Reaktion sicherzustellen. Wenn die Kammer 6a gefüllt ist, kann das Gemisch, dessen Reaktion begonnen haben kann, aufgrund der kontinuierlichen Zufuhr von Materialien an der öffnung 14a in die nachfolgende Kammer 6b bewegt werden. Ein Lösungsweg für die Wirksamkeit des gleichmäßigen Alters des gemischten und emulgierten Reaktionsmaterials ist diese Abhängigkeit des Durchsatzes von dem Materialkomponentenzusatz im Gegensatz zu der Wirkung des Schaufelelements 26 auf den Vorschub des Gemischs. Diese Art des Materialvorschubs wird durch die Anordnung und den Abstand der öffnung 34 relativ zu der Schaufel 24 erreicht, wie später beschrieben wird.

In einer nachfolgenden Kammer wie der Kammer 6b und in Abhängigkeit von der Durchsatzgeschwindigkeit und der besonderen Materialien (d.h. der Reaktionsgeschwindigkeit) kann das unlösliche Material, das in die dispergierte Phase der Emulsion überzuführen ist, zugesetzt werden. Bei dem Verfahren nach der US-PS 3 551 364 kann die Menge der unlöslichen Flüssigkeit von etwa 25 Teilen

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bis zu 300 Teilen Polymer schwanken. Das Verhältnis der Materialien kann benutzt werden, um die Tropfengröße der unlöslichen, indem Reaktionsgemisch dispergierten Flüssigkeit zu steuern. Die Tropfengröße wird auch von dem Grad der Mischung beeinflußt, die die Schaufeln 24 bewirken, von der Viskosität des Rekationsgemischs, dessen Temperatur und von seiner Reaktionsgeschwindigkeit und der Menge und Art des oberflächenaktiven Stoffes oder dem Emulgator, die zugesetzt werden. Letzterer kann zweckmäßigerweise in der Kammer 6a zusammen mit den Reaktionsmaterialien oder in irgendeiner nachfolgenden Kammer zugesetzt werden, in der die Emulsion gebildet und/oder aufrecht erhalten wird.

Katalysatoren zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeiten in dem Büscher 2 können in Anfangsstufen (d.h. den Kammern 6a bis 6d) zugesetzt werden. Diese Katalysatoren zur Steuerung der Reaktion eines Gemischs, nach-dem es den Mischer verlassen hat, können zweckmäßigerweise in den letzten Stufen (d.h. den Kammern 6d bis 6h) zugesetzt werden. Jede Stufe hat vorzugsweise Schaufeln 26 zum Mischen der eintretenden oder durchlaufenden Bestandteile, um ein homogenes Gemisch sicherzustellen, das zu der nächsten Stufe läuft. Außerdem trennen die Separatoren 33 jede Stufe bzw. Kammer 6, die das durchlaufende Gemisch ihrem Einfluß unterwirft, um die Dispersion der unlöslichen Flüssigkeit voranzutreiben und die Gleichmäßigkeit des molekularen Alters, des Reaktionsgemische zu regulieren.

Bei der kontinuierlichen Arbeit des Mischers 2 kann es erwünscht sein, den Anfangskammern Wärme zuzuführen, um die Reaktion zwischen den Komponenten des Gemischs zu beschleunigen. In den nachfolgenden Kammern kann es erwünscht sein, wenn das reaktive Gemisch viskoser wird, die dem System zum Teil infolge des Einflusses der Schau-

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fein 26 auf das viskose Gemisch zugeführte Wärmeenergie abzuführen. In diesen Fällen ermöglicht die dargestellte gesonderte Wärmeübertragungseinrichtung 20 eine besonders wirksame Steuerung der Reaktion während der gesamten Verweilzeit in dem Mischer 2. Außerdem erhöhen die sich zu den Rotorstegen 30 erstreckenden Zwischenwände 10 die Wärraeübertragungsflächenberührung mit dem Reaktionsgemisch und erhohen dadurch die Wärmeaustauschkapazität des Mischers 2.

In den Kammern 6 werden die Schaufeln 24 mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht, um eine intensive Mischung der in der besonderen Kammer zugesetzten Bestandteile zu sichern. Die Schaufelelemente 26 haben einen Anstellwinkel, der einen Vorwärtsaxialdruck auf das Mischmaterial in der allgemeinen Vorschubrichtung des Materials durch das Gehäuse 4 bewirkt. Dieser Vorwärtsdruck unterstützt außerdem das Mischen der Materialien durch einen Materialstrom hoher Geschwindigkeit in der Kammer, wie der Pfeil 36 angibt. Solch ein Strom hält das Material, das in eine bestimmte Kammer (z.B. die Kammer 6f) eintritt, davon ab, direkt durch die Kammer (z.B. von der öffnung 34e zu der öffnung 34f) zu strömen, wie der gestrichelte Pfeil 38 zeigt. Wenn eine bestimmte Menge des Mischreaktionsmaterials eine Kammer (z.B. 6f) direkt wie bei 38 durchqueren dürfte, würde die Steuerung der Gesamtverweilzeit und der homogenen Mischung verloren gehen. Der Vorwärtsdruck der Schaufeln 24 bewirkt den dargestellten Materialstrom in Richtung des Pfeils 36, so daß sich ein Materialstrom hoher Geschwindigkeit radial nach außen nahe den unteren Kammerwänden 10 tatsächlich quer zu jedem Materialstrom durch, die Öffnung 34 des Separators 33 ergibt. Dieser Materialquerstrom bewirkt somit die Materialtrennung in benachbarten Kammern durch Verhinderung eines Materialstroms direkt durch die öffnung 34 infolge der Wirkung der Schaufel 24. Außerdem begünstigt" der Materialstrom hoher Geschwindigkeit durch diesen Bereich

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die Selbstreinigungswirkung der benetzten Oberfläche der Kammer und auch ein gleichmäßigeres Mischen und Altern des Materials in einer Kammer.

Während des oben beschriebenen StrömungsVorgangs in einer Kammer, wenn das Material die Wände δ erreicht, setzt sich der Strom fort, wie durch den Pfeil 36 angegeben ist, wobei die verrundeten Ecken 12 eine geordnete änderung der linearen Richtung ohne Materialansammlung veranlassen. Diese Richtungsänderung wird dadurch erreicht, daß das gemischte Material eine relativ gleichmäßige Geschwindigkeit beibehalten kann, wobei die verrundeten Ecken jeden raschen Geschwindigkeitsverlust eines Mischmaterialabschnitts in einer Kammer verhindern. Die verrundeten Bereiche im Rotor 22 haben eine ähnliche Wirkung auf das Material, das zurückkehrt, um durch die Schaufeln 24 gedrückt zu werden.

Wie zuvor erwähnt wurde, sind die Schaufelelemente 26 gegen die Drehrichtung geneigt, bei der bevorzugten Ausführungsform unter einem Winkel von etwa 20°. Die primäre Funktion der Schaufel 24 ist es, dem Material, das ge* mischt wird, eine Turbulenz hoher Geschwindigkeit zu verleihen, wie beschrieben wurde. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verringerung der Wärmeenergiezufuhr in das Material Infolge der mechanischen Ümrührung, die durch die Schaufeln 24 bewirkt wird. Infolge der geneigten Schaufelelemente zur Erzeugung des oben beschriebenen Stroms durch die Kammern 6 (entsprechend dem Pfeil 36) wird eine wirksame Mischung bei einer minimalen wärmeerzeugenden molekularen Zufallsbewegung erreicht.

Die Ablenkeinrichtung in der Kammer 6 bringt außerdem die Gemischkomponenten während des Mischens zum Strömen. Wenn die Schaufeln 24 dotieren, hat auch das Gemisch In den Kammern 6 das Bestreben, zu rotieren und erzeugt

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einen Strom parallel zu der Drehrichtung der Schaufel in dem Bereich der Wände 8, der zum Teil auf die Turbinenwirkung der Schaufel 24 zurückzuführen ist. Unter diesen Bedingungen ist das Mischmaterial bestrebt, längs der Wände 8 zum Stillstand zu kommen, was zu einer Beschränkung des Wärmestroms in die und aus der Kammer 6 zu dem Gehäuse 4, einer Verschlechterung des an den Wänden 8 haftenden Materials und zu einer Verringerung des Mischvolumens, das den Mischwirkungsgrad des Gemische bestimmt, sowie der Verweilzeit pro Kammer führt. Unter diesen Stillstandsbedingungen hat die dispergierte Phase eine Emulsion (die noch nicht völlig gebildet ist) die Tendenz,, die Oberflächen (Wände 8) zu benetzen. Sobald die Flächen 8 oder 10 benetzt werden, hat das angesammelte Material in der dispergierten Phase das Bestreben, als Schmiermittel an diesen Flächen zu wirken und außerdem einen Strom parallel zu der Spitze der Schaufelelemente 26 hervorzurufen. Die Ansammlung von Material in der dispergierten Phase bewirkt außer der Erzeugung des obigen unerwünschten Stroms auch die Inversion der gebildeten Emulsion.

Die Ablenkeinrichtung 18, die nahe den Wänden 8 angeordnet ist, unterbricht den obigen Strom parallel zu der Schaufeldrehrichtpig nahe den Wänden durch Erzeugung von Wirbeln um die Stangen 18. Die Wirbelströmung reinigt die Stangen 18 und verhindert die Ansammlung von Material daran. Die Einrichtung 18 hat vorzugsweise eine glatte Oberfläche wie die gezeigten zylindrischen Stangen, so daß sich kein Mischmaterial daran ansammelt.

Wegen der mehreren Kammern 6 kann der Mischer 2 mit einer Vielzahl von Durchsatzgeschwindigkeiten betrieben werden, und die Steuerung der Verweilzeiten der verschiedenen Phasen des Reaktionsgemische kann durch den Zusatz von geeigneten Reaktionsbestandteilen, Katalysatoren und

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unlöslichen Flüssigkeiten in späteren Stufen als den oben angegebenen erreicht werden. Diese Vielseitigkeit macht den Mischer für viele Verwendungszwecke wie die Herstellung von anderen emulgierten Verbindungen als Polyurethanverbindungen geeignet. Die Größe (Durchmesser und/oder Tiefe) der einzelnen Kammern kann ebenfalls geändert werden, um die Verweilszeit der darin gemischten Materialien zu ändern.

Die Vielseitigkeit der beschriebenen Anordnung ermöglicht auch die gesteuerte Herstellung von Polyurethanverbindungen, wobei das urethanbildende Reaktionsgemisch in der unlöslichen Flüssigkeit dispergiert wird. Die unlösliche Flüssigkeit wird darin die kontinuierliche Phase der Emulsion und die polyurethanbildenden Reaktionsmaterialien werden die dispergierte Phase. Die Arbeitsweise des Mischer-Emulgators gemäß der Erfindung ermöglicht in dieser Betriebsart die kontinuierliche Erzeugung von Polyurethanpulver.

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Claims

Paten ...t an Sprüche

Vorrichtung zum Mischen und Emulgieren eines aus mehreren Komponenten bestehenden Gemischs, wobei wenigstens eine der Komponenten als diskontinuierliche Phase in wenigstens einer weiteren der Komponenten, die die kontinuierliche Phase des Gemische ist, dispergiert ist, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (4) mit mehreren zylindrischen Mischkammern (6), die axial in dem Gehäuse (4) angeordnet und durch eine zentrale Längsbohrung (32) verbunden sind, die sich in das Gehäuse (4) und durch die Zwischenwände (10) erstreckt, die.die Enden der zylindrischen Kammern (6) bilden, einen Rotor (22), der in der Bohrung (32) angeordnet ist, ringförmige Stege <3O), die an dem Rotor (22) im Abstand zu der Bohrung in den Kammerzwischenwänden (10) angeordnet sind, die jeweils einen Stufenseparatur (32) zwischen den benachbarten Kammern bilden und zwischen denen eine ringförmige Verbindungsöffnung (34) ausgebildet ist, eine Mischschaufel (24) an dem Rotor in wenigstens einer Kammer (6), eine Zuführeinrichtung (14) in wenigstens einer der Kammern (6), eine Auslaßeinrichtung (16) in der Endkammer, eine Einrichtung (29) zum Antrieb der Schaufel (24) und des Rotors (22), und eine Einrichtung, um die Komponenten des Gemischs unter Druck der Einlaßeinrichtung (14) zuzuführen, so daß die flüssigen Komponenten gemischt und eine der flüssigen Komponenten in einer anderen dispergiert und die so gebildete Emulsion aufeinanderfolgend durch die Kammern (6), die Stufenseparatoren (33) und die Auslaßeinrichtung (16) gepumpt wird.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kammer (6) eine Ablenkeinrichtung (18) aufweist, die nahe den zylindrischen Wänden (8) der Kammer (6) angeordnet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) eine Wärmeübertragungseinrichtung (20) aufweist, die nahe wenigstens einer der Kammern (6) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungseinrichtung (20) nahe allen Kammern (6) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischschaufel (24) aus mehreren Elementen (26) besteht, die radial an dem Rotor (22) einander überlappend und sich radial über die Öffnungen (34) in den Stufenseparatoren (33) hinaus erstreckend angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelelemente (26) beim Drehen des Rotors (22) auf das Mehrkomponentengemisch einen Druck in Richtung der Mischungsströmung ausübt, die von der Einlaßeinrichtung (14) und der Auslaßeinrichtung (16) hervorgerufen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelelemente (26) benachbarte Elemente überlappen.

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