FI88875B - Tunnskiktsavdunstare foer fluider med hoeg viskositet - Google Patents

Description

Ohutkerroshaihdutin suuren viskositeetin omaavia virtaa- via väliaineita varten 1 88875 Tämä keksintö koskee ohutkerroshaihdutintä suuren vis-5 kositeetin omaavien virtaavien väliaineiden käsittelyä varten.

Tarkemmin sanottuna käsiteltävä keksintö koskee sellaista suuren viskositeetin omaavien virtaavien väliaineiden käsittelyä varten tarkoitettua ohutkerroshaihdutinta, 10 jossa haihtuvien aineiden poistaminen haihduttamalla ta pahtuu sellaisissa olosuhteissa, että estetään materiaalin laadun ja myös sen fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien huonontuminen.

Tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa käytetty-15 nä termi "suuren viskositeetin omaavat virtaavat väliaineet’ tarkoittaa sellaisia tuotteita, joiden viskositeetti on käsittelyolosuhteissa jopa yli 50000 poisia, esimerkiksi po-lymerointiprosesseista saatuja tuotteita ja nimenomaan niitä tuotteita, jotka on saatu pulkkipolymeroinnista tai 20 etyleenisesti tyydyttymättömien monomeerien liuoksessa ta pahtuvasta polymeroinnistaja polykondensaatiopolymeroinnis-ta ja jotka sisältävät polymeerien lisäksi paljon haihtuvia aineita kuten jännösmonomeereja, orgaanisia liuottimia ja : ‘ : vastaavia.

·;· 25 Teollisuudessa tunnetaan ja käytetään erilaisia lait- ; · _ teitä haihtuvien aineiden haihduttamiseksi ohutkerrosteknii- kalla. Tällaiset laitteet käsittävät pääasiassa lieriömäisen rungon tai käsittelykammion, jonka ympärillä on kuumen-• nus- tai jäähdytysvaippa, ja roottorin, joka on sijoitettu 30 mainittuun lieriömäiseen runkoon ja on sama-akselinen sen kanssa.

Roottori on varustettu pääasiassa levityslaitteilla, jotka levittävät viskoosin nesteen ohuena kerroksena maini-tun käsittelykammion sisäseinämään, ja syöttölaitteilla, 35 jotka työntävät materiaalia poistoaukkoa päin.

2 88875 Näin ollen esimerkiksi GB-patentissa nro 940 655 selostetaan roottoria, joka käsittää lieriön muotoisen akselin, johon on kiinnitetty riveinä kaltevia siipiä, joiden vapaat reunat ovat hyvin lähellä käsittelykammion 5 sisäpintaa - noin 1 mm:n päässä mainitusta pinnasta käsiteltävän nesteen ominaisuuksista riippuen.

Tällaisissa haihduttimissa käsittelykammion täyttö-tilavuudet ovat 10-30 % geometrisestä tilavuudesta.

IT-patentissa nro 898 633 julkistetaan roottori, joka 10 käsittää lieriön muotoisen akselin, johon on kiinnitetty kahta eri tyyppiä olevia siipiä, toisin sanoen akselin suuntaisia siipiä, jotka toimivat levityslaitteina, ja sellaisia siipiä, jotka ovat kaltevia roottorin akseliin nähden sen pyörimissuunnan ja kuvitellun ruuviviivan mukaan, ja 15 jotka toimivat käsiteltävän materiaalin syöttö- tai työntö-laitteina. Tällaisen haihduttimen toimiessa viskoosit nesteet joutuvat käsittelykammioon tultuaan akselin suuntaisiin siipiin ja muodostuvat ohueksi kerrokseksi käsittely-kammion sisäpintaan. Seuraavat siivet siirtävät viskoosia 20 nestettä eteenpäin käsittelypinnalla, kunnes se tulee pois-tokohtaan. Kahden siipityypin käyttäminen on siis oleellinen edellytys suuren viskositeetin omaavien materiaalien käsittelyä varten.

Edellä esitetyt ohutkerroshaihduttimet eivät ole osoit-25 tautuneet sopiviksi suuren viskositeetin omaavien virtaavi-en väliaineiden haihdutusprosessia varten varsinkaan silloin kun haihtuvia aineita on poistettava hyvin paljon. Tämä johtuu lähinnä siitä,että materiaalin huonontumisilmiöt johtuvat käsiteltävän nesteen korkeaviskoosisesta hajottamisesta 30 ja/tai sen pitkästä oloajasta haihduttimessa.

Tämän patenttihakemuksen tekijän eri yritykset mainitun epäkohdan poistamiseksi nostamalla tai laskemalla käsit-telylämpötilaa eivät ole johtaneet tyydyttäviin tuloksiin, koska käsittelykammion lämpötilan nouseminen aiheuttaa ma-35 teriaalin herkemmän lämpöhuonontumisen ja taas lämpötilan 3 88875 laskeminen aiheuttaa nesteen viskositeetin lisääntymisen ja tästä johtuen suuremman mekaanisen huonontumisen.

Tiedetään, että lämmölle herkkien materiaalien huonontuminen riippuu niiden oloajasta käsittelykammiossa, 5 viskositeettiin liittyvästä hajottamisesta ja käsittely- lämpötilasta julkaisussa "Polymer Engineering and Science", elokuu 1978, osa 18, nro 10, sivuilla 812 - 816 esitetyllä tavalla.

Näiden jo tunnettujen haihduttimien toinen kohta, 10 jossa lämmöstä johtuva materiaalin huonontuminen on erit täin voimakasta himenomaansuuren viskositeetin omaavissa nesteissä, on niiden poistoalue. Se on muodoltaan yleensä katkaistu kartio, johon on järjestetty poistolaitteet, jotka koostuvat sillä tavalla suunnatuista siivistä, että 15 ne sekoittavat tuotteen poistovaiheen aikana ja siirtävät sen poistosuutinta päin. Vaikka materiaalin täyttövolyymi onkin haihtuvien aineiden alhaisten konsentraatioiden muodostamisen kannalta edullinen, se lisää materiaalin laadun huonontumista. Lisäksi tunnetaan lähinnä katkais-20 tun kartion muotoiselle poistoalueelle järjestetty ruuvi- laite. Materiaaliin kohdistuvat suuret paineet synnyttävät tässä tapauksessa kuitenkin sellaisen määrän energiaa, että se aiheuttaa viskositeettiin liittyvästä hajottamisesta johtuen materiaalin huonontumisilmiöitä.

25 Käsiteltävän keksinnön eräänä tavoitteena onkin saada aikaan sellainen ohutkerroshaihdutin, johon ei liity edellä mainittuja epäkohtia nimenomaan erittäin suuren viskositeetin omaavia virtaavia väliaineita käsiteltäessä.

On todettu, että haihtuvien aineiden haihduttaminen 30 viskoosista nesteestä voidaan suorittaa lämpö- ja mekaanisen energian siirtymisen ollessa vähäistä käyttämällä sellaista ohutkerroshaihdutinta, jossa on kuumennus- tai jääh-dytysvaipan ympäröimä käsittelykammio ja mainittuun kammioon sen kansaa sama-akselisesti järjestetty roottori, jol-35 loin roottori on varustettu vain yhtä tyyppiä olevilla 4 88875 siipiosilla, jotka suorittavat syöttö-, työntö- ja levi-tystoiminnot ja jotka ovat kaltevia sekä roottorin akseliin että niiden yhdysviivan kautta kulkevaan akselitasoon nähden ja niiden ollessa järjestetty ainakin kahteen aksiaa-5 liseen, toisistaan samalla etäisyydellä olevaan ja porras tettuun riviin ja käsittäessä saman nousun sekä jokaisen rivin jokaisen siipiosan ollessa porrastettu akselin suuntaan katsottuna viereisten rivien vastaaviin siipiosiin nähden niiden puolta nousua vastaavan etäisyyden verran.

10 Kaikki siipiosat on mieluimmin kallistettu samassa kulmassa roottorin akseliin nähden ja lisäksi ne on kallistettu niiden yhdysviivan kautta kulkevaan akselitasoon nähden kulmassa, joka vaihtelee jokaisen siipiosan korkeudella.

15 Lisäksi roottori on varustettu siipiosilla mieluimmin myös siinä osassa, joka vastaa käsiteltävää nestettä syöttävän aukon yläpuolella olevaa aluetta, estämään nesteen virtaaminen ulos.

Siipiosien nousu voidaan valita halutulla tavalla, 20 vaikka suositettava nousu onkin puolet siipiosan projektio- korkeudesta pyörimisakselilla.

Käsiteltävän keksinnön mukaan poistovyöhyke käsittää katkaistun kartion muotoisen kammion, jossa on siipiosille varustettu roottori siipiosien kaltevuuksien, sijaintien 25 ja rakennepiirteiden ollessa tällöin samat· hiin käsittely- kammion siipiosissa.

Koska kaikki siivet ovat kaltevia ja niiden kaltevuus on roottorin akseliin nähden aina sama, käsiteltävä neste pystytään poistamaan yhtäjaksoisesti kammion seinämistä ja 30 siirtämään poistoaukkoon, jolloin minimoidaan oloaika ja vältetään näin olle materiaalin pysähtyminen. Lisäksi jokaisen siiven sijainti viereisten rivien vastaaviin siipiin nähden mahdollistaa kaiken jokaisen siiven poistopäähän kerääntyneen materiaalin poistamisen, levittämisen ja työn-35 tämisen mahdollisimman nopeasti. Tämän vuoksi siivet vaikut- 5 88875 tavat koko käsiteltävään materiaaliin ja erityisen tehokkaasti myös kerääntyneeseen materiaaliin levittämällä sen kammion seinämiin ja poistalla sen yhtäjaksoisesti, jolloin vältetään materiaalin pitkä oloaika ja pysähtymi-5 nen.

Käsiteltävä keksintö on helpompi ymmärtää seuraavan yksityiskohtaisen selostuksen avulla, jossa viitataan oheiseen piirustuksen kuvioihin, jotka esittävät keksinnön suositettavaa ja sitä havainnollistavaa, mutta ei sitä ra-10 joittavaa rakennetta ja jolloin kuvio 1 esitää kaaviona pituusleikkausta keksinnön mukaisesta ohutkerroshaihduttimesta, kuvio 2 esittää kaaviona poikkileikkausta kuvion 1 linjaa 1-1 pitkin, 15 kuvio 3 esittää kaaviona poikkileikkausta kuvion 1 linjaa 2-2 pitkin, ja kuvio 4 esittää kaaviona poikkileikkausta kuvion 1 linjaa 3-3 pitkin.

Kuvioissa esitetty ohutkerroshaihdutin, joka on mer-20 kitty yleisesti viitenumerolla 1, käsittää symmetrisen kä- sittelykammion 2, joka on sijoitettu pystysuoraan asentoon ja varustettu sen yläosaan sijoitetulla tuloaukolla 3 ja poistoaukolla 4, joka on järjestetty alaosan päähän sama-akselisesti kammion 2 kanssa. Poistoaukko 4 on yhdistetty 25 kammioon 2 katkaistun kartion muotoisella rungolla 5. Kä-sittelykammion 2 ympärillä on vaippa 6, jossa on tuloaukko 7 ja poistoaukko 8 kuumennus- tai jäähdytysnestettä, esimerkiksi öljyä, vettä, ynnä muuta varten.

Myös katkaistun kartion muotoisen rungon 5 ympärillä 30 on kuumennus- tai jäähdytysvaippa, jossa on asianomaiset tulo- ja poistoaukot kuumennus- tai jäähdytysnestettä varten.

Käsittelykammion 2 yläpäässä on kammio 9 haihdutuskä-sittelyssä syntyvien savujen ja höyryjen keräämistä varten. 35 Kammion 9 halkaisija vastaa käsittelykammion 2 halkaisijaa, 6 88875 ja mainitut kammiot ovat sama-akselisia. Kammion 9 yläosa on suljettu kannella 10 ja varustettu aukolla 11 höyryjen ja savujen poistamista varten.

Sama-akselisesti käsittelykammion 2 ja keruukammion 9 5 kanssa ja niiden sisäpuolelle on järjestetty roottori 12, joka ulottuu niiden koko pituudelle.

Roottori 12 käsittää keskiakselin 13, joka on tuettu pyörivänä yläpäästään kanteen 10 ja alapäästään käsittely-kammioon 2 sisäseinämään keskiöintiholkin 14 ja ohjaavan 10 liukulohkon 15 avulla. Kannen 10 yläosan ulkopuolella on moottori 16, joka pyörittää akselia 13.

Akselin 13 se osa, joka suuntautuu tuloaukon 3 yläpäästä keskiöintiholkkiin 14, on varustettu siipiosilla 17, jotka on järjestetty ainakin kahteen, mutta mieluimmin 15 kahdeksaan, toisistaan samalla etäisyydellä olevaan porrastettuun riviin, jotka ovat kammion 2 akselin suuntaisia.

Jokainen siipiosa 17 on kalteva sekä roottorin akseliin että siihen akselitasoon nähden, joka menee siipiosien yhdysviivan kautta akseliin 13. Tarkemmin sanottuna 20 kulma a, joka muodostuu roottorin akselin kanssa, on 10-75° ja taas mainitun akselitason kanssa muodostuva kulma on 5-90°, mieluimmin 10-60°. Kulma 3vaihtelee mieluimmin edellä mainitulla alueella siipiosan 17 vapaassa reunassa. Jokaisen siipiosan syöttöalueelta poistoalueelle 25 päin mainittu vaihtelu on pienempi yläpuoliskossa ja suurempi alapuoliskossa.

Siipiosilla 17 on sama nousu jokaisessa rivissä, ja jokaisen rivin siipiosa on akselin suunnassa katsottuna porrastettu viereisten rivien vastaaviin siipiosiin nähden 30 sellaisen etäisyyden verran, joka vastaa puolta siipiosien noususta ja mieluimmin puolta siipiosan projektiokorkeu-desta pyörimisakselilla.

Siipiosien 17 sijainti on sellainen, että ne työntävät jatkuvasti käsiteltävää nestettä tuloaukosta 3 poisto-35 aukkoon 4 ja levittävät sen samalla ohueksi kalvoksi kammion 7 88875 2 sisäseinämiin. Käsiteltävä viskoosineste vaihtuu näin jatkuvasti ja siirtyy poistoaukkoa 4 päin, jolloin estetään nesteen pysähtyminen kammion 2 alueelle.

Siipiosat 17 ulottuvat tuloaukon 3 yläpuolelle ja 5 estävät syötetyn viskoosin nesteen nousemisen aukon 3 yläpuolelle vaahtona, pisaroina tai muussa muodossa käsiteltävän nesteen asianomaisesta reologisesta käyttäytymisestä riippuen.

Ohjaavan liukulohkon 15 ulommassa kehäpinnassa on aina- 10 kin neljä ohjaavaa siipiosaa 18, joilla on mieluimmin sama muoto ja samat kaltevuudet kuin roottorin siipiosilla 17, mutta niiden materiaalikalvon päällä liukuva pinta on mieluimmin kaksi kertaa suurempi kuin siipiosien 17 pinta. Lisäksi jokaisen ohjaavan siipiosan 18 liukupinnan etäisyys 15 keskiöintiholkin 14 sisäpinnasta on pienempi kuin siipi osien 17 etäisyys kammion 2 sisäpinnasta, niin että akseli 13 voi pyöriessään suorittaa ohjaustoimintoa. Ohjaussii-pien 18 välinen kulmaetäisyys on säädetty niin, että materiaali pääsee virtaamaan vapaasti poistoaukkoon 4.

20 Katkaistun kartion muotoiseen runkoon 5 on asennettu toinen roottori 19, jonka siipiosat 20 vastaavat muuten käsittelykammion 2 roottorin 12 siipiosia 17, mutta ne on kavennettu vapaasta päästään mieluimmin katkaistun kartion muotoisen rungon 5 pinnan profiilia vastaavalla tavalla.

25 Roottorin 19 tehtävänä on siirtää viskoosia materi aalia ohuena kerroksena poistoaukkoa 4 päin, niin että estetään haihduttimen alaosan täyttyminen tai mekaanisen energian siirtyminen materiaaliin, mikä aiheuttaisi sen laadullisen huonontumisen.

30 Roottori 19 voidaan yhdistää yläroottoriin 12, jol loin sitä voidaan käyttää samalla moottorilla 16, tai roottori 19 voidaan vaihtoehtoisesti kiilata liukulohkoon 15 ja käyttää sitä eri moottorilla.

Haihdutin 1 toimii seuraavasti: 35 Käsiteltävä viskoosi neste syötetään käsittelykammioon 2 aukosta 3, kuumennetaan tai jäähdytetään vaipan 6 avulla,

8 b 8 8'/ S

ja siipiosat 17 ottavat sen sitten mukaansa. Siipiosat 17 jakavat nesteen ohuena kerroksena käsittelykammion 2 sisäseinämään ja työntävät sitä samanaikaisesti poistoau-kon 4 suuntaan. Kun neste tulee siipiosien 17 reunojen koh-5 dalle, ne työntävät sitä eteenpäin ja levittävät sen ohueksi kerrokseksi kammion 2 seinämään. Siipiosien 17 alareunoihin kerääntyvä neste siirtyy välittömästi seuraavien rivien siipiosiin ja sitten eteenpäin niiden avulla ja leviää vuorostaan ohuena kerroksena kammion 2 seinämiin. Tä-10 mä toiminto toistuu haihduttimen koko sisäpinnassa, kunnes neste tule roottorin 12 alapäähän. Käsiteltävä neste virtaa sitten ohjaavan liukulohkon 15 siipiosiin 18. Pois-toroottori 19 työntää käsitellyn materiaalin ohuena kerroksena poistoaukkoa 4 päin lisäkäsittelyä varten.

15 Nestettä käsiteltäessä syntyneet savut ja höyryt nou sevat vastavirtaan nesteeseen nähden kammioon 9, kun niissä mahdollisesti oleva nestemäinen tai kiinteä materiaali on poistettu, ne ohjataan poistoaukosta 11 lauhduttimeen tai muuhun sopivaan laitteeseen.

20 Käsiteltävän keksinnön mukainen haihdutin tekee mah dolliseksi pinnan hyödyntämisen melkein täydellisesti, jolloin estetään virtaavan väliaineen kerääntyminen ja pysähtyminen kammion millekään alueelle. Tämä johtuu siitä, että kaikki siipiosat 17 toimivat samanaikaisesti sekä 25 nesteen levityslaitteena että sen työntö- tai syöttöele-mentteinä.

Käsiteltävän keksinnön mukaisella ohutkerroshaihdutti-mella pystytään käsittelemään tyydyttävästi sellaisia läm-pöherkkiä ja lämmössä huonontuvia virtaavia väliaineita, 30 joiden viskositeetit ovat hyvin korkeita, esimerkiksi 50000 - 100000 poisia, ja joihin kuuluvat esimerkiksi poly-styreenin, polykarbonaatin, ABS:n, SANin, polymetyylime-takrylaatin, styreenikopolymeerien ynnä muiden pulkkipoly-meroinnista saadut tuotteet.

Claims (11)

1. Suuren viskositeetin omaaville virtaaville väliaineille tarkoitettu ohutkerroshaihdutin (1), jossa on kuu- 5 mennus- tai jäähdytysvaipan (6) ympäröimä käsittelykammio (2) ja mainittuun kammioon (2) järjestetty ja sen kanssa sama-akselinen roottori (12), tunnettu siitä, että roottori (12) on varustettu vain yhtä tyyppiä olevilla siipiosilla (17), joilla on syöttö-, työntö- ja levitystoimin-10 not ja jotka ovat kaltevia sekä roottorin (12) että niiden yhdysviivan kautta kulkevaan akselitasoon nähden ja järjestetty ainakin kahteen aksiaaliseen, toisistaan samalla etäisyydellä olevaan porrastettuun riviin, mainittujen siipiosien (17) käsittäessä saman nousun ja jokaisen rivin jo-15 kaisen siipiosan ollessa siirretty akselin (13) suunnassa katsottuna viereisten rivien vastaaviin osiin nähden sellaisen etäisyyden verran, joka vastaa puolta mainittujen osien (17) noususta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohutkerroshaihdu-20 tin, tunnettu siitä, että roottorissa (12) on kahdeksan aksiaalista riviä siipiosia (17).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että siipiosat (17) on kallistettu samassa kulmassa roottorin (12) akseliin (13) 25 nähden ja että kaikki siipiosat on kallistettu niiden yhdysviivan kautta kulkevaan akselitasoon nähden sellaisessa kulmassa, joka voi vaihdella niiden korkeudella.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että siipiosat 30 (17) on kallistettu 10 - 75° kulmassa roottorin (12) akse liin (13) nähden ja 5 - 90°, mieluimmin 10 - 60° kulmassa niiden yhdysviivan kautta kulkevaan akselitasoon nähden.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että siipiosi- 35 en (17) kulma akselitasoon nähden vaihtelee jokaisen siipi- 10 8887b osan vapaassa reunassa ja että sen suuruus syöttöalueelta poistoalueelle siirryttäessä pienenee jokaisen siipiosan yläpuoliskossa ja kasvaa alapuoliskossa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 5 ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että roottori (12) on varustettu siipiosilla myös sillä alueella, joka vastaa käsiteltävän nesteen syöttävän aukon yläpuolella olevaa aluetta.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 10 ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että siipiosien (17) nousu vastaa puolta siipiosan projektiokorkeu-desta pyörimisakselilla.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että roottori 15 (12) on varustettu keskiakselilla (13), joka on kiinnitetty pyörivänä yläosassa haihduttimen kanteen (10) ja alaosassa käsittelykammion sisäseinämään keskiöintiholkilla (14) ja ohjaavalla liukulohkolla (15).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen ohutkerroshaihdu-20 tin, tunnettu siitä, että ohjaavan liukulohkon (15) ulommassa kehäpinnassa on ainakin neljä ohjaavaa siipiosaa (18), joilla on sama muoto ja samat kaltevuudet kuin roottorin (12) siipiosilla (17) ja joiden liukupinta on ainakin kaksinkertainen roottorin jokaisen siipiosan liukupintaan 25 verrattuna.

9 88875

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että käsittelykammion (2) yläpäässä on kammio (9) savujen ja höyryjen keräämistä varten ja alapäässä sama-akselisena maini- 30 tun kammion kanssa runko (5), joka on muodoltaan katkaistu kartio ja yhdistetty poistoaukkoon (4).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen ohutkerroshaihdutin, tunnettu siitä, että katkaistun kartion muotoiseen runkoon (5) on järjestetty toinen roottori (19), 35 jossa on käsittelykammion roottorin siipiosia (17) vastaa vat siipiosat (20). U 8887b