Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von nieder- bis hochviskosen Flüssigkeiten mit einer Schnecke, die in einem Gehäuse angeordnet ist, welches einen Materialeingabestutzen, einen Gasabzugsstutzen und eine Produktaustrittsöffnung enthält.
Für die hochviskosen Massen einerseits und die niedrigviskosen Flüssigkeiten andererseits sind wirksame Behandlungsvorrichtungen in Form von Dünnschichtverdampfern, Walzentrocknern u. a. bekannt. Sie haben aber den Nachteil, dass sie jeweils nur für einen verhältnismässig engen Viskositätsbereich geeignet sind und verschiedene Bearbeitungsmängel erkennen lassen.
So scheiden z. B. Dünnschichtverdampfer bei hochviskosen Flüssigkeiten auf Grund der Zähigkeit und bei niedrig viskosen Flüssigkeiten auf Grund der zu geringen Verweilzeit aus. Walzentrockner sind nur für schnell eintrocknende oder kristallisierende und leicht abschabbare Stoffe brauchbar. Darüberhinaus arbeiten diese Einrichtungen beim Arbeiten unter Schutzgas oder Vakuum nur mit erheblichem technischem Aufwand. Bei der Behandlung von hochviskosen Flüssigkeiten, W \ 200 P, zeigt es sich, dass sich bei Vorrichtungen, die Gebiete geringer Schergeschwindigkeit besitzen, die Flüssigkeit konzentriert und somit Totgebiete bilden. Des weiteren wird mit bekannten Apparaturen in Kaskadenschaltung gearbeitet. Dabei ist aber das Verweilzeitspektrum zu breit, um sie für empfindliche Materialien einsetzen zu können.
Zweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Behandlung von viskosen Flüssigkeiten zu schaffen, die sich insbesondere für die kontinuierliche Durchführung der Polykondensation des Terephthalsäureglykolesters eignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die einmal einen kontinuierlichen Austrag des Produkts bei Vermeidung von Materialstauungen und zum anderen einen ungehinderten Abzug von sich bildenden Gasen usw. ermöglicht.
Dabei soll sie sich für den breiten Viskositätsbereich von 10 cP bis 104P eignen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Gehäuse eine Schnecke angeordnet ist, welche die Form einer ein- oder mehrgängigen Schraubenfeder hat. Sie ist vorzugsweise nur an einem Ende gelagert und angetrieben. Das Gehäuse besitzt einen Stutzen zum Einfüllen des zu behandelnden Materials, einen für die abzuziehenden Gase und eine Produktaustrittsöffnung, wobei, ausgehend von der Förderrichtung der Vorrichtung der Gasabzugsstutzen vor dem Stutzen für die Einfüllung des zu behandelnden Materials angeordnet ist.
Bei einer Verbesserung des Erfindungsgegenstandes sind am Umfang der erfindungsgemässen Schnecke und/oder an der Innenwand des Gehäuses Rippen oder Vorsprünge angeordnet.
Eine andere Verbesserung sieht vor, dass die Schnecke aus einem hohlen Material gestaltet ist und ggf. dieser Hohlraum des Schneckenmaterials auch noch unterteilt ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Deckel des Gehäuses lösbar angebracht, um die Schnecke austauschbar zu erhalten und damit die Schnecke jeweils sowohl in der Querschnittsform ihres Materials ais auch in ihrer Steigung dem zu verarbeitenden Stoff anzupassen.
Zur Beeinflussung des Vorganges in der Vorrichtung sind zweckmässigerweise auf der Schnecke zwischen den einzelnen Gängen Stauringe befestigt.
Sie kann konisch gestaltet und das Gehäuse entweder in der gleichen oder davon abweichenden Form ausgeführt sein.
Dieser Extruder übernimmt beim Arbeiten unter Vakuum die Weiterförderung des Produktes gegen die Aussenluft und verhindert dadurch, dass diese in das Innere der Vorrichtung eindringt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 die Vorrichtung mit einem an der Produktaustrittsöffnung angeschlossenen Extruder im Schnitt,
Fig. 2 einen Teil der Spirale mit angebrachten Führungselementen und
Fig. 3 einen Teil der Spirale mit einem an dieser befestigten Stauring.
Die Spirale 7 ist an der Welle 11 befestigt und läuft einseitig gelagert in dem geschlossenen Gehäuse 8. Sie kann konisch gestaltet und das Gehäuse entweder in der gleichen oder davon abweichenden Form ausgeführt sein. An dem in das Gehäuse 8 ragenden Ende der Welle 11 ist eine ausgebohrte Buchse 12 mit seitlichen Löchern versehen angeordnet, die die Weiterleitung der sich in dem Hohlraum der Vorrichtung innerhalb der Spirale bildenden Gase zum Stutzen 1 ermöglicht. An dem Gehäuse 8 sind ein Stutzen 9 zur Einführung des zu behandelnden Matenals, ein Stutzen 10 für die abziehenden Gase und eine Austrittsöffnung 2 für die Ableitung des entstandenen Produkts angeordnet. Dabei liegt der Gasabzugstutzen 10, in Förderrichtung betrachtet, vor dem Materialeinfüllstutzen 9.
An der Produktaustrittsöffnung 2 ist, um einen Materialstau zu vermeiden, vorzugsweise exzentrisch zur Spiralenachse ein Extruder angebracht, bei dem die Schnecke 3, die in dem Zylinder 1 des Extruders läuft, am Ende mit einem regulierbaren Kegel versehen.
Damit wird eine Regulierung des Druckaufbaues innerhalb der Extruderschnecke vorgenommen. Des weiteren befindet sich in dem Extruder eine mit Schutzgas spülbare Laterne 4, die die Stopfbüchse 5 vor der Berührung mit dem austretenden Material schützt. Das entstandene Produkt wird nach dem Durchlauf des Extruders durch den Stutzen 6 abgezogen. Um die Verweilzeit des Produktes in der Vorrichtung variieren zu können, sind an der Spirale 7 und/oder an der Innenwand des Gehäuses 8 Rippen oder Vorsprünge 13 angebracht. Dabei wird zugleich eine bestimmte Schichtdicke des Produktes garantiert. Der Deckel des Zylinders 8 ist lösbar gestaltet und ermöglicht die rasche Austauschbarkeit der Spirale 7, wobei diese unterschiedliche Querschnittsform und Steigung, entsprechend dem zu verarbeitenden Material, aufweist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Das zu polykondensierende Material gelangt durch den Einfüllstutzen 9 in den Innenraum des Gehäuses 8. Dort wird es durch die Spirale 7 transportiert, wobei die Elastizität der Spirale 7 durch geeignete Dreh- und Förderrichtung zur Einstellung des gewünschten Spaltes zwischen Spirale 7 und Gehäuse 8 ausgenutzt wird.
Die sich bei dem Transport des Produktes durch das Gehäuse 8 bildenden Gase werden im Gegenstrom über den Abzugsstutzen 10 abgesaugt. Das polykondensierte Produkt wird nun in den angeschlossenen Extruder mit Hilfe seiner Schnecke 3 durch den, den Druckaufbau regulierenden Kegel gefördert. Dieser Extruder übernimmt beim Arbeiten unter Vakuum die Weiterförderung des Produktes gegen die Aussenluft und verhindert dadurch, dass diese in das Innere der Vorrichtung eindringt und gelangt in die Laterne 4 und dann durch den dort angebrachten Stutzen 6 zum Austrag.
Bei der Förderung des Produktes in der Schnecke 3, deren Drehzahl entsprechend dem zu fördernden Gut mit der Drehzahl der Spirale 7 abgestimmt sein muss, wird innerhalb der Schnecke 3 ein Druck aufgebaut. Dadurch dichtet das Produkt selbst beim Arbeiten unter Vakuum gegen die Aussenluft ab. Zur Ver änderung der Verweilzeit kann die Vorrichtung unter einen Winkel von 0-90 gegen die Horizontale geneigt werden.
Um einen grösseren Durchsatz pro Zeiteinheit zu erreichen, ist es vorteilhaft, mehrere Vorrichtungen übereinander oder hintereinander zu schalten, wobei dann die letzte in den Extruder mündet.
Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass die viskosen Massen keine Möglichkeit haben, sich an Stellen geringer Schergeschwindigkeit abzulagern oder zu stauen, da das Innere der Spirale 7 masselos ist.
Dadurch wird die Absaugung der Gase erleichtert, wobei ein Zusetzen des Gasabzugsstutzens infolge seiner Lage unmöglich ist. Die Masse wird zwischen Spirale 7 und Gehäuse 8 einer starken Scherung ausgesetzt, wodurch die Durchmischung gefördert wird.
Somit ergibt sich ein grosses Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was eine schnellere Behandlung ermöglicht. Die beschriebene Vorrichtung ist einfach im Aufbau und unterscheidet sich somit vorteilhaft von bekannten Vorrichtungen.