PL170007B1

PL170007B1 - Sposób i urzadzenie do wytwarzania pianki PL

Info

Publication number: PL170007B1
Application number: PL92302374A
Authority: PL
Inventors: Eugen Kleen; Claus-Michael Mueller
Original assignee: Crc Chemical Research Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1996-10-31
Also published as: EP0597983B1; EP0597983A1; AU2421092A; DE59207521D1; ES2094924T3; DE4126397A1; JPH07504855A; AU655068B2; US5451104A; DE4126397C2; CA2115257C; CA2115257A1; WO1993002783A1; DE9116615U1

Abstract

11. Urzadzenie do wytwarzania pianki ze spiemal- nego medium w postaci cieczy lub pasty i medium gazo- wego, z komora mieszania i uruchamianym selektywnie urzadzeniem tloczacym do transportu mediów przez komore mieszania, w którym obok komory mieszania umieszczona jest komora wlotu gazów, a miedzy komora mieszania i komora wlotu gazów znajduje sie porowata scianka dzialowa o jednolitej wielkosci porów, znamienne tym, ze zawiera generator (27) róznicy cisnien (27), tak ustawiony, ze podczas wytwarzania piany utrzymuje on miedzy komora wlotu gazów (5) i komora mieszania (3) przynajmniej taki spadek cisnienia ( ?p), który zapewnia przechodzenie gazu przez pory scianki dzialowej (7) do komory mieszania (3), i ze dla prowadzenia spienialnego medium bez turbulencji komora mieszania (3) jest oto- czona porowata scianka dzialowa (7) w ksztalcie rury, przy czym wloty i wyloty (15, 16) pianotwórczego medium sa rozmieszczone wzdluz osi na przeciwleglych czolowych powierzchniach komory mieszania (3), a przekrój przeplywowy od wlotu (15) przez komore mie- szania (3) do wylotu (16) jest w zasadzie staly. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania pianki. Chodzi tu, zwłaszcza o sposób wytwarzania pianki, w którym spienialne medium w postaci cieczy lub pasty tłoczy się do komory mieszania, prowadzi się je wzdłuż porowatej ścianki komory mieszania, miesza się je z wprowadzanym równomiernie przez porowatą ściankę medium gazowym i po wyjściu z komory mieszania rozpręża z jednoczesnym wytworzeniem pianki, przy czym między obiema stronami porowatej ścianki utrzymuje się różnicę ciśnień, zapewniającą przechodzenie gazu do komory mieszania i zapobiegającą wnikaniu spienialnego medium w pory ścianki. Wynalazek dotyczy ponadto urządzenia do wytwarzania pianki ze spienialnego medium w postaci cieczy lub pasty i medium gazowego, z komorą mieszania i uruchamianym selektywnie urządzeniem tłoczącym do transportu mediów przez komorę mieszania, w którym obok komory mieszania umieszczona jest komora wlotu gazów, a między komorą mieszania i komorą wlotu gazów znajduje się porowata ścianka działowa o jednolitej wielkości porów.

Dotychczas piankę wytwarzano przeważnie na drodze mieszania mechanicznego. Z niemieckiego opisu patentowego DE-36 31 221 C1 znany jest sposób, polegający na wytwarzaniu pianki ze środka pianotwórczego i wody oraz dodawaniu do tej pianki kolejno spoiw, wiązanych wodą, na przykład cementu oraz rozdrobnionego do postaci pyłu minerału. Jeżeli spieniona masa zawiera w momencie dodawania głównych składników, a mianowicie pyłu mineralnego, środki wiążące, wówczas zachodzi niebezpieczeństwo tworzenia się jam skurczowych. Powstająca pianka może być w związku z tym bez problemów poddana dalszej przeróbce. Znany jest również z europejskiego opisu patentowego EP 0299482 sposób, polegający na wewnętrznym mieszaniu gotowej pianki z różnymi pyłowymi substancjami mineralnymi, łączeniu obu spienionych mas, a następnie ich mechanicznymi mieszaniu w celu wytworzenia spienionego materiału budowlanego. Przy użyciu tych znanych mechanicznych sposobów wytwarzania pianki można spieniać tylko takie materiały, które charakteryzują się stosunkowo długimi czasami garowania i przeróbki (>30 sekund). Należą do nich masy wypełniające w górnictwie oraz wolno utwardzające się zaprawy, przeznaczone do celów naprawczych i izolacyjnych.

Znane są również sposoby wytwarzania pianki w drodze reakcji chemicznej. Należy do nich proces wytwarzania pianki poliuretanowej, w którym spienialne medium reaguje z wodą lub wilgocią, zawartą w powietrzu. Wreszcie istnieją również sposoby wytwarzania pianki przy użyciu gazu pędnego, w których do spienialnego medium dodawany jest najpierw gaz pędny w postaci ciekłej, a pianka powstaje później na skutek przejścia gazu pędnego z fazy ciekłej w gazową.

Z opisu patentowego SU 1493 297 znane jest urządzenie do wytwarzania pianki posiadające cylindryczną komorę mieszalną. Przekrój strumienia w cylindrycznej komorze mieszania został tu zmieniony poprzez wbudowanie mieszalnika I dzięki wylotowi o znacznie zmniejszonej średnicy, dla uzyskania silnie turbulentnego przepływu.

Sposób i urządzenie do wytwarzania pianki znane są z europejskiego opisu patentowego EP0288 106. Spieniany szlam cementowy jest tam zawracany w obrębie komory mieszania, podczas gdy do obszaru zawracania wprowadza się jednocześnie przez dysze azot. Następnie

170 007 piankę cementową wprowadza się w otwory wiertnicze. Stwierdzono, że rozwiązanie to wymaga ulepszenia, zwłaszcza pod względem przeróbki różnych materiałów.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu oraz urządzenia do wytwarzania pianki, które miałyby nieosiągalny dotychczas zakres użytkowania przy udziale środków wiążących o wyjątkowo krótkich czasach garowania i przeróbki oraz umożliwiałyby dopasowanie ich niewielkim kosztem do różnych zastosowań.

Sposób wytwarzania pianki, w którym spienialne medium w postaci cieczy lub pasty tłoczy się do komory mieszania, prowadzone wzdłuż porowatej ścianki komory działowej mieszania, miesza się je z wprowadzanym równomiernie przez porowatą ściankę medium gazowym i po wyjściu z komory mieszania rozprężane z jednoczesnym wytworzeniem pianki, przy czym między obiema stronami porowatej ścianki utrzymuje się różnicę ciśnień, zapewniającą przechodzenie gazu do komory mieszania i zapobiegającą wnikaniu spienialnego medium w pory ścianki, odznacza się według wynalazku tym że, w trakcie wytwarzania pianki utrzymuje się w zasadzie laminarny przepływ spienialnego medium w komorze mieszania.

Korzystnie prowadzi się strumień spienialnego medium przez komorę mieszania w zasadzie wzdłuż jej osi, a medium gazowe wprowadza się do komory mieszania w kierunku poprzecznym.

Korzystnie reguluje się wielkość pęczerzyków w piance poprzez zmianę względnych natężeń przepływu medium spienialnego i gazowego.

Korzystnie wielkość pęcherzyków w piance ustala się dobierając wielkości mikroporów w ściance komory działowej mieszania.

Korzystnie jako medium gazowe stosuje się powietrze, CO2 lub parę wodną.

Korzystnie stosuje się spienialne medium zawierające przynajmniej jedną wiążącą i utwardzającą substancję mineralną.

Korzystnie stosuje się spienialne medium zawierające przynajmniej jedną organiczną substancję mineralną.

Korzystnie stosuje się spienialne medium zawierające wodę i środek powierzchniowo czynny.

Korzystnie do cieczy zarobowej zawierającej klej cementowy, zaprawę cementową, beton, spoiwa anhydrytowe, zaprawę wapienną, spoiwa magnezytowe i/lub mineralne substancje utwardzające, dodaje się substancję powierzchniowo czynną, zanim wprowadzi się do komory mieszania ciecz zarobową jako spienialne medium.

Korzystnie umieszcza się zaprawę lekką lub zaprawę izolacyjną w komorze mieszania z gazem.

Urządzenie do wytwarzania pianki ze spienialnego medium w postaci cieczy lub pasty i medium gazowego, z komorą mieszania i uruchamianym selektywnie urządzeniem tłoczącym do transportu mediów przez komorę mieszania, w którym obok komory mieszania umieszczona jest komora wlotu gazów, a między komorą mieszania i komorą wlotu gazów znajduje się porowata ścianka działowa o jednolitej wielkości porów, charakteryzuje się tym, że zawiera generator różnicy ciśnień, tak ustawiony, że podczas wytwarzania piany utrzymuje on między komorą wlotu gazów i komorą mieszania przynajmniej taki spadek ciśnienia, który zapewnia przechodzenie gazu przez pory ścianki działowej do komory mieszania, i że prowadzenia spienialnego medium bez turbulencji komora mieszania jest otoczona porowatą ścianką działową w kształcie rury, przy czym wloty i wyloty pianotwórczego medium są rozmieszczone wzdłuż osi na przeciwległych czołowych powierzchniach komory mieszania, a przekrój przepływowy od wlotu przez komorę mieszania do wylotu jest w zasadzie stały.

Korzystnie komory mieszania i wlotu gazów stanowią umieszczone w zamkniętej obudowie, koncentryczne komory.

Korzystnie porowatą ściankę działową stanowi kształtka z tworzywa sztucznego w kształcie tubusa lub rury, posiadająca skierowane wzdłuż promienia mikropory o wielkości od 5 do 500μιη.

Korzystnie obudowa posiada ściankę otaczającą koncentrycznie komorę wlotu gazów i dwa kołnierze, między którymi w sposób rozłączny zamocowane są porowata ścianka działowa i ścianka, i oba kołnierze są wyposażone w ustawione wzdłuż osi, przelotowe króćce, których otwory mają przekroje, dopasowane do przekrojów otworów komory mieszania.

Korzystnie ścianka jest wykonana z przezroczystego materiału.

Korzystnie urządzenie posiada elementy do sterowania doprowadzanej do komory wlotu gazów ilości gazu i/lub tłoczonej do komory mieszania ilości spienialnego medium.

170 007

Korzystnie urządzenie tłoczące zawiera, tłoczącą do komory mieszania pompę o sterowanej wydajności tłoczenia i dołączony przed komorą wlotu gazów kompresor o sterowanej wydajności sprężania.

Istotna zaleta wynalazku w stosunku do typowych sposobów i urządzeń do wytwarzania pianki polega na tym, że do wytwarzania pianki można stosować dowolny gaz, a zatem także powietrze, CO2, parę wodną lub dowolną mieszaninę gazów. To samo dotyczy spienialnych mediów o konsystencji cieczy lub pasty. Pneumatyczne wytwarzanie pianki w komorze mieszania odbywa się w sposób ciągły, a jednocześnie dzięki laminarnemu przepływowi i jednolitej porowatości ścianki na tyle równomiernie i szybko, że gotowa pianka powstaje bezpośrednio po połączeniu ciekłych ewentualnie pastowatych spienialnych składników z medium gazowym, wywołującym spienianie. W związku z tym wynalazek można stosować również do takich mediów spienialnych, które dotychczas uważane były za nie nadające się do wytwarzania pianki z uwagi na krótkie czasy garowania i przeróbki (<30 sekund).

Wprowadzanie gazowego medium przez zawierającą liczne mikropory ściankę do komory mieszania zapewnia korzystnie optymalny rozkład pęcherzyków w piance. Równomierna wielkość mikroporów w ściance zapewnia przy tym równomierną wielkość pęcherzyków powietrza ewentualnie porów w gotowej piance. Tę równomierną wielkość pęcherzyków powietrza można regulować poprzez odpowiedni dobór mikroporów w porowatej ściance, mającej zwykle kształt tubusa lub rury. W czasie pracy wielkością pęcherzyków powietrza można sterować, zmieniając względne przepływy spienialnego i gazowego medium. Zmiana proporcji ilości gazu i cieczy, wprowadzanych w jednostce czasu do komory mieszania, pozwala zmieniać udział porów, a co za tym idzie, gęstość (ciężar) gotowej pianki.

Możliwość przetwarzania szybko wiążących materiałów otwiera przed zgodnym z wynalazkiem sposobem i generatorem do realizacji tego sposobu nowe i ważne dziedziny zastosowań. Przede wszystkim można na bazie lekkich zapraw, lekkich tynków, betonów spienialnych i żywic reaktywnych wytwarzać metodą „in situ “ kształtki budowlane, których niewielki ciężar rokuje uzyskanie znacznych oszczędności. Wynalazek można również wykorzystywać bez żadnych ograniczeń do wykonywania wypełnień w górnictwie, a także do specjalnych zastosowań, jak na przykład nanoszenie zapraw naprawczych, zapraw termoizolacyjnych, zapraw dźwiękochłonnych, materiałów budowlanych dźwiękochłonnych, tynków, tynków maszynowych, zapraw izolacyjnych i spoiw anhydrytowych, i na zakończenie jako ochronę przed działaniem kwasów. Przedmiot wynalazku nadaje się również do celów gaśniczych, przy czym powietrze lub tlenek węgla są wprowadzane w komorze mieszania w ciągły strumień wody, zawierający związki powierzchniowo czynne.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia istotne elementy urządzenia do wytwarzania pianki, częściowo w przekroju i częściowo w postaci schematu blokowego.

Na rysunku przedstawione zostały istotne elementy urządzenia do wytwarzania pianki. Rdzeń urządzenia do wytwarzania pianki stanowi głowica spieniająca 1, w której umieszczona jest cylindryczna komora mieszania 3 i ustawiona koncentrycznie względem niej komora 5 wlotu gazów. Komora mieszania i komora wlotu gazów są oddzielone ścianką działową 7 w kształcie tubusa lub rury. Ściankę działową 7 stanowi kształtka z tworzywa sztucznego w kształcie rury, która przynajmniej w kierunku promieniowym zawiera mikropory. Wielkość porów ścianki działowej 7 zależy od przeznaczenia; istnieją stosowane do innych celów kształtki z tworzywa sztucznego w postaci tubusa lub rury o wielkości porów między 5 i 250pm, zbliżone do stosowanych w przedmiocie wynalazku. Wielkość porów nie ma jednak w przypadku wynalazku decydującego znaczenia. Korzystna jest jednorodna wielkość porów oraz równomierny ich rozkład na długości i obwodzie kształtki 7 z tworzywa sztucznego, mającej kształt tubusa lub rury._

Komora 5 wlotu gazów jest otoczona od zewnątrz cylindryczną ścianką 9. Ograniczające komory 3 i 5 ścianki 7 i 9 są zamocowane w sposób rozłączny między dwoma kołnierzami 11 i 12. Kołnierze 11 i 12 mogą po wyjęciu trzpieni mocujących zostać rozsunięte wzdłuż osi, co umożliwia wyjęcie zarówno cylindrycznych ścianek 7 i 9, osadzonych w odpowiednich rowkach obu kołnierzy, jak też komór mieszania i lotu gazów 3 i 5. Oba kołnierze 11 i 12 są wyposażone w osiowe króćce

170 007 przelotowe 15 i 16, których otwory mają przekroje, dokładnie dopasowane do otworów komory mieszania 3.

Kołnierz 11 ma w opisanym przykładzie wykonania wlot 17, przez który do komory 5 wlotu gazów wprowadzane jest medium gazowe, zwłaszcza powietrze. W obu kołnierzach 11 i 12 wykonane są rowki pierścieniowe 19 do obsadzenia służących jako elementy uszczelniające pierścieni o przekroju kołowym. Pierścienie uszczelniające mają za zadanie gazoszczelne uszczelnienie obudowy 1 między komorą 5 wlotu gazów i otoczeniem. To odcięcie przepływu gazów nie ma jednak zasadniczego znaczenia, ponieważ wymagany do wytworzenia pianki dopływ gazu do komory wlotu gazów odbywa się w sposób ciągły przez wlot 17, przy czym ewentualne przecieki mogą zostać bez żadnych problemów skompensowane.

Odpowiednie spienialne medium, przeważnie w postaci płynu, ale również w postaci pasty, jest przy pomocy pompy 21 tłoczone do króćca wlotowego 15. Jednocześnie przy pomocy kompresora 23 przez przewód 25 do wlotu gazu 17 tłoczony jest niezbędny do spieniania gaz, przykładowo powietrze. Za pomocą regulatora 27, z którego wartości pomiarowe są dostarczane przez nie przedstawiony na rysunku układ pomiarowy, ustawia się wydajności pompy 21 i kompresora 23 taki sposób, że w komorze mieszania 3 panuje ciśnienie p-1, które przynajmniej o wartość Δ p jest niższe od ciśnienia p2, panującego w otaczającej komorę mieszania komorze 5 wlotu gazów. Ten spadek ciśnienia Δ p umożliwia wymianę mediów w zasadzie jedynie z komory 5 wlotu gazów w kierunku komory mieszania 3. Wnikanie najczęściej ciekłego, spienialnego medium z komory mieszania 3 w kierunku komory 5 wlotu gazów ma ten niekorzystny efekt, że spienialne medium w mniejszym lub większym stopniu zamyka mikropory w ściance 7, pogarszając tym samym działanie urządzenia do wytwarzania pianki.

Przy zachowaniu zadanych gradientów ciśnienia Δp można zmieniać proporcje między wydajnościami urządzeń tłoczących 21 i 23 tak, że pozwala na sterowanie wielkością pęcherzyków powietrza po wyrzuceniu powstającej w komorze mieszania 3 pianki. W ten sposób można również zmieniać gęstość (ciężar) gotowej pianki.

Ścianka zewnętrzna 9 jest zazwyczaj wykonana z przezroczystego tworzywa sztucznego. Przezroczysta ścianka 9 ma tę zaletę, że można na bieżąco kontrolować stan porowatej ścianki podziałowej 7 i odpowiednio wcześnie ją wymienić, aby w ten sposób zapobiec nadmiernemu spadkowi ciśnienia na ściance 7 wskutek gromadzenia się osadów w mikroporach.

Jak doskonale widać ze schematycznego ujęcia przykładu wykonania na rysunku obudowie 1 (głowica spieniająca urządzenia do wytwarzania pianki) można bez problemu nadać dowolną wielkość. Możliwe jest zatem dostosowanie wydajności urządzenia do określonego zastosowania. Również względne wielkości komór oraz przekroje wlotu i wylotu cieczy i powietrza nie mają znaczącego wpływu na koszty wytwarzania lub koszty zakładowe. Sama obudowa 1 stanowi sztywny element konstrukcyjny, który po umieszczeniu odpowiednich uchwytów lub w przypadku widocznego na rysunku kształtu po uchwyceniu obudowy umożliwia łatwą manipulację. Przewody łączące między urządzeniami tłoczącymi 21 i 23 oraz obudowa 1 mogą być elastyczne i dzięki temu umożliwiać swobodny ruch głowicy spieniającej (obudowa z wylotem).

Fig. 7

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania pianki, w którym spienialne medium w postaci cieczy lub pasty tłoczy się do komory mieszania, prowadzi się wzdłuż porowatej ścianki działowej komory mieszania, mieszane z wprowadzanym równomiernie przez porowatą ściankę medium gazowym i po wyjściu z komory mieszania rozpręża z jednoczesnym wytworzeniem pianki, przy czym między obiema stronami porowatej ścianki utrzymuje się różnicę ciśnień, zapewniającą przechodzenie gazu do komory mieszania i zapobiegającą wnikaniu spielnialnego medium w pory ścianki, znamienny tym, że w trakcie wytwarzania pianki utrzymuje się w zasadzie laminarny przepływ spienialnego medium w komorze mieszania (3).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się strumień spienialnego medium przez komorę mieszania (3) w zasadzie wzdłuż jej osi, a medium gazowe wprowadza się do komory mieszania (3) w kierunku poprzecznym.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że reguluje się wielkość pęcherzyków w piance poprzez zmianę względnych natężeń przepływu medium spienialnego i gazowego.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wielkość pęcherzyków w piance ustala się dobierając wielkości mikroporów w ściance działowej (7) komory mieszania.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako medium gazowe stosuje się powietrze, CO2 lub parę wodną.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się spienialne medium zawierające przynajmniej jedną wiążącą i utwardzającą substancję mineralną.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się spienialne medium zawierające przynajmniej jedną organiczną substancję mineralną.
8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się spienialne medium zawierające wodę i środek powierzchniowo czynny.
9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że do cieczy zarobowej zawierającej klej cementowy, zaprawę cementową, beton, spoiwa anhydrytowe, zaprawę wapienną, spoiwa magnezytowe i/lub mineralne substancje utwardzające, dodaje się substancję powierzchniowo czynną, zanim wprowadzi się ciecz zarobową jako spienialne medium do komory mieszania (3).
10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że miesza się zaprawę lekką lub zaprawę izolacyjną z gazem w komorze mieszania (3).
11. Urządzenie do wytwarzania pianki ze spienialnego medium w postaci cieczy lub pasty i medium gazowego, z komorą mieszania i uruchamianym selektywnie urządzeniem tłoczącym do transportu mediów przez komorę mieszania, w którym obok komory mieszania umieszczona jest komora wlotu gazów, a między komorą mieszania i komorą wlotu gazów znajduje się porowata ścianka działowa o jednolitej wielkości porów, znamienne tym, że zawiera generator (27) różnicy ciśnień (27), tak ustawiony, że podczas wytwarzania piany utrzymuje on między komorą wlotu gazów (5) i komorą mieszania (3) przynajmniej taki spadek ciśnienia (Ap), który zapewnia przechodzenie gazu przez pory ścianki działowej (7) do komory mieszania (3), i że dla prowadzenia spienialnego medium bez turbulencji komora mieszania (3) jest otoczona porowatą ścianką działową (7) w kształcie rury, przy czym wloty i wyloty (15, 16) pianotwórczego medium są rozmieszczone wzdłuż osi na przeciwległych czołowych powierzchniach komory mieszania (3), a przekrój przepływowy od wlotu (15) przez komorę mieszania (3) do wylotu (16) jest w zasadzie stały.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że komory mieszania i wlotu gazów stanowią umieszczone w zamkniętej obudowie (1), koncentryczne komory (3, 5).
13. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że porowatą ściankę działową (7) stanowi kształtka z tworzywa sztucznego w kształcie tubusa lub rury, posiadającą skierowane wzdłuż promienia mikropory o wielkości od 5 do 500pm.
14. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że obudowa (1) posiada ściankę (9) otaczający koncentrycznie komorę (5) wlotu gazów i dwa kołnierze (11, 12), między którymi w

170 007 sposób rozłączny zamocowane są porowata ścianka działowa (7) i ścianka (9), i oba kołnierze są wyposażone w ustawione wzdłuż osi, przelotowe króćce (15,16), których otwory mają przekroje, dopasowane do przekrojów otworów komory mieszania (3).
15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że ścianka (9) jest wykonana z przezroczystego materiału.
16. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że posiada elementy (23,21) do sterowania doprowadzanej do komory (5) wlotu gazów ilości gazu i/lub tłoczonej do komory mieszania (3) ilości spienialnego medium.
17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że urządzenie tłoczące zawiera, tłoczącą do komory mieszania (3) pompę (21) o sterowanej wydajności tłoczenia i dołączony przed komorą (5) wlotu gazów kompresor (23) o sterowanej wydajności sprężania.