DE2100615A1 - Vorrichtung zum Behandeln eines fließfähigen Stoffes - Google Patents

Description

/xiie Firestone Tire Akron/Ohio

u Rubber Company USA M317

Pat-L-0216

PA 7OO2/52 DT

Vorrichtung zum ßehanueln eines fließfähigen Stoffes

Die Erfindung bezient sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln eines fließfähigen Stoffes, bestehend aus einem Reaktorgehäuse mit einem Einlaß an einem und einem Auslaß am anderen Ende und einer um eine waagerechte Achse drehbaren Einrichtung zum Bewegen und Fördern des fließfähigen Stoffes, vorzugsweise für die Polykondensation von Prepolymerem zu Polyester mit hohem Molekulargewicht. Bei einer solchen Vorrichtung werden z.B. fließfähige und viskose Monomere und Prepolymere am Einlaßende des Reaktorgehäuses zugeführt, darin bewegt, vermischt und durcn das Gehäuse gefördert, um dadurch den Ablauf eines Polymerisationsprozesses zu bewirken. Die Polymerisationsprodukte werden dann am Auslaßende einer solchen Vorrichtung ausgetragen,

Ls ist bekannt, fließfähige Ilaterlallen mit Hilfe von schrauben förmigen Schnecken und schraubenartig angeordneten Blättern zu fördern. Beispiele solcher Vorrichtungen sind in der US-PS 3 jK'j 922, US-PS 2 170 303 und US-PS 3 '279 89S3 beschrieben. Solche Vorrichtungen sind in der Herstellung der schraubenförmigen Teile und Im mechanischen Zusammenbau mit den Antriebswellen kompliziert und mit beträcntliebem Aufwand verbunden.

LiS sind auch Reaktoren zur Durchführung von Polymer Lsal Lons- ^νοζοαν,οη bekannt, bei üon\m da.} fl LoßfähLge Material aufgrund lor iifitiwerUr'ift Ln der Vor r· Loh tang gef Ordert wLrd, während für 1L0 oLr.entLLihci DohiindLuri;; rotierende Lochscheiben vorgesehen ;Lmi, i,eli;p U-lfj dafür .sind In dun US-PS 2 Üüy OjO und Ii '['jü 9 L'. le.JcnrLohen, l-Ill ao lotion ti'weif^rn k-inn da;; tlfitorlaL Ifullgllch /urmLacht, Jodooii riLaht nefordert viordüti, fio dali dlo Fih' /oi',unr, U\ iU)Lcn"sn lioakborfiti tra^o und unaureLijtiund ab LUuTt.

10982U/IB49 ,

BAD OfifGINAL

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden^ mit der es möglich ist, fließfähiges Material sowohl zu bewegen, z.B. zu mischen, als auch im Reaktor zu fördern. Die Einrichtung zum Bewegen und Fördern eines solchen fließfähigen Stoffes soll dabei im Aufbau möglichst einfach, leicht herstellbar und leicnt an unterschiedliche Verwendungszwecke anzupassen sein. Gemäß der Erfindung besteht die urehbare Bev/ege- und Fürdereinricntung aus Scheiben, die aufeinanderfolgend in Richtung der Rotationsachse gegenüber dieser derart geneigt angeordnet sind, daß jeweils ein Punkt am Umfang einer jeden Scheibe von dem in derjenigen Stirnseite liegenden Punkt der Rotationsachse des Reaktorgehäuses, auf die die lieigungsachse der betreffenden Scheibe v/eist, einen kleinsten Abstand besitzt und daß diese Punkte aller Scheiben auf einer zur Rotationsachse koaxialen Schraubenlinie liegen. Da die Mittelpunkte der Scheiben auf der Rotationsachse liegen, wird errelcnt, daß jede Scheibe bei ihrer Drehung um diese Achse eine symmetrische Bewegung ausführt. Die lieigung einer jeden Scheibe gegenüber der Normalen oder Senkrecnten der Rotationsachse kann zwiscnen 1,5 und 45 vorzugsweise zwischen 2 und 20 , betragen. Der oben erwähnte Punkt am Umfang jeder Scheibe wird im folgenden als "üeckspurpunkt^;l bezeichnet, da sein Abstand von dem in der Ebene der Stirnseite liegenden Punkt der Rotationsachse kleiner ist als der jedes anderen Punktes auf dem Umfang der Scheibe unu deshalb bei der Rotationsbewegung der Scheibe auf einer hinteren Spur läuft.

Bei der Erfindung wurde nun festgestellt, daß die Drehbewegung der Bewege- und Fürdereinrichtung eine Förderung des fließfähigen ilaterLaLs in Richtung der Rotationsachse genau wie bei einer gleichgerichteten Bewegung von bekannten Schnecken bewirkt und daß sich wie eLne im gleichen SLnne laufende Schnecke (links- oder rechtsdrehend) oLne durch dLe Heckspurpunkte verlaufende Schrauben!LnLe ergLbt. Ü.Loses Ergebnis ist überraschend, denn boL dot* augunschuLtiLLüheii SymmutrLe einer eLn^oLnun, isoliert b^traohtoUua SchoLlx; würde Lm Endet',;obnLu ·:ίΐιο res.iLt Lerende i"lruerbow(.'_t;im_r; Ln I r^i-aut! Lner R Lchi.tar- tiLc.iL :?ruari ;t uoi'uen. ihn· AutViu tjiMiuUi d.:f t.t't" Ladung Lot wij.i-.Mit. I L.: ι Lnf.iehur In in* ii'-fo Lc- LI un_t; dt:ν 1.1 n:u:Lto L L-.j un.i doiOii /.iioaiiiii^iib.iu ι Lj aonraui-an·-

; uiuiuv ^«•Lo»«'Uu^_Vj0-_29/|84e

BAD ORIGINAL

Ausführ miesformen der Erfindung können vorteilhaft so aufgebaut sein., daß die Scheiben als Lochscheiben oder auch gitterartig ausgebildet sind. Die einzelnen Scheibeii - wobei auch Vollscheiben denkbar sind - können dabei aus Metall oder anderem Material hergestellt sein, das sich für die Behandlung des fließfähigen Stoffes eignet. Die Ausbildung als Lochscheibe bzw. der gitterartige Aufbau einer Scheibe ist besonders vorteilhaft in bezug auf die Vermischung. Hinsichtlich dieser Wirkung sind ebenfalls offene Speichenräder oder ähnliche Konstruktionen geeignet.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der Erfindung,, bei denen die als Lochscheiben oder gitterartig ausgebildeten Scheiben am einen Ende der Bewege- und Fördereinrichtung mit größeren Öffnungen ausgebildet sind als am anderen Ende. Dadurch kann eine sich während des Prozesses ändernde Viskosität für einen optimalen Verfahrensablauf auf einfache Weise berücksichtigt werden.

Ebenfalls vorteilhaft ist für den gleichen Zweck eine Anordnung der Scheiben mit unterschiedlichen Abständen voneinander, und zwar besonders vorteilhaft dann, wenn die Scheiben am einen Ende der Bewege- und Fördereinrichtung mit geringeren Abständen voneinander angeordnet sind als am anderen Ende.

Liaa Heaktorgenäuse mit einer eingebauten Bewege- und Fördereinrichtung gemäß der Erfindung kann als einfacher Kessel ausgebildet sein. Darin kann die gewünschte Förderbewegung dann durch die Iiotation der Bewege- und Fördereinrichtung bewirkt werden und - indem das Material im Innern des Kessels bewegt wird der Ablauf eines Verfahrens stattfinden. Eine vorteilhafte Auaführungsform ergibt sich dann, wenn der Innenraum des Reaktor gehäuses mit geringem Spiel von den Scheiben der Bewege- und Fördereinrichtung in seinem unteren Bereich als zur Rotations-'achse koaxiale Zylindermantelhälfte ausgebildet ist. Mit einer solchen Vorrichtung kann mit kontinuierlichem Durchsatz gefahren werden, wobei das aufzunehmende Material am Einlaßende zugegeben und am Auslaßende das Material, welches durch die Bewege- und Fördereinrichtung dorthin gefördert und während dieser

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Zeit vermischt wurdu und reagierte, abgezogen wird. Jan Keaktoi'- ^euüUoG ist zumindest im unteren Bereich des ucöscISj der fortvänrenu von der zu behandelnden Hasse berührt oder benetzt wird, zylindriscn ausgebildet und v/eist das geringe Spiel mit uen rotierenuen Teilen auf.

Allgemein werden Vorrichtungen gescnlossenor ijauart verwendet., die je nach ijodarf Linricntungen für die Zufuhr von Wärme, Druck j Vakuum usw. besitzen.

ßei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann üer als Rotationsfläche ausgebildeten Stirnwand an der Auslaßseite des Reaktorgehäuses ein diese Stin wand berührender schraubenförmiger Abstreifer zugeordnet sein. Bei der Drehung der Bewege- und Fördereinrichtung wird dadurch das Material., welches zum Auslaßende gefördert wird, fortlaufend von der betreffenden Stirnwand entfernt. Die letzte Scheibe der Bewege- und Fördereinrichtung ist dazu vorteilhaft als einzige Scheibe ohne Neigung in irgendeiner Richtung, also senkrecht zur Rotationsachse befestigt.

Wie schon oben erwähnt, können die Scheiben mit unterschiedlichen iieigungen angeordnet sein. Auch diese Möglichkeit hat zum Ziel, eine Anpassung an die Viskosität des zu benandelnden Ilaterials und die gewünschte Fördergeschwindigkeit zu erreichen. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der die Scheiben am einen Ende der Bewege- und Fördereinrichtung stärker geneigt sind als am anderen Ende. Der Grad der Neigung wird dabei möglichst in einem Sinne verändert, also von Scheibe zu Scheibe immer stärker bzw. schwächer.

Bei Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, die Bewege- und Fördereinrichtung mit einer sich durch die Ilittelpunkte. der Scheiben erstreckenden und diese Scheiben tragenden Welle auszubilden. Hit einer solchen Konstruktion können die z.B. an Hülsen befestigten Scheiben auf der Welle im gewünschten Abstand mit der gewünschten neigung und der gewünschten Ausbildung der Öffnungen angeordnet werden. Der Antrieb der Welle kann von einer oder beiden Seiten erfolgen.

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BAD ORIGiNAt

Andere Auöführungsformen der Erfindung, bei denen ebenfalls alle Möglichkeiten hinsichtlich der Heigung, des Abstarides und der Ausbildung der einzelnen Scheiben gegeben sind, können als ein die Bewege- und Fördereinrichtung biluenuer, an koaxialen Stummelwellen befestigter Tragrahmen aufgebaut sein, wobei die Geheiben lediglich im Bereicn ihrer Umfange befestigt sind. Ein solcher Aufbau ist besonders leicht herzustellen und verfügt über eine große Stabilität bei verhältnismäßig geringem Gewicht, Die Scheiben können durch ihre Befestigung an mehreren Stellen ihrer umfange in sich leichter und einfacher ausgebildet v/erden, ohne daß eine Veränderung der Neigungen zu befürchten wäre. Für die Art der Befestigung kommen z.B. Schweißverbindungen in Betracht.

Hit hochviskosen Fluiden hat sich herausgestellt, daß sich durch die Erfindung bessere Höglichkeiten für die Steuerung derjenigen Parameter ergeben, die für die Reaktion wesentlich sind, z.B. die Bewegung des Ilaterials allgemein, der Materialfluß im Reaktorgehäuse, die Aufbereitung der Oberfläche und die Konsistenz des Ilaterials im Reaktor. Außerdem ist noch zu bemerken-,, daß die ileigung der Scheiben eine verbesserte Scherung des Materials und verbesserte Wärmeübertragung vom Heizmedium zu dem zu behandelnden Stoff bewirkt. Ein besonders wichtiges, auf die neigung der Scheiben zurückzuführendes Ergebnis ist, daß der aus dem Material gebildete Film kontinuierlich durcn die öffnungen der Scheiben fließt und dadurch ein Verbleiben ues viskosen Ilaterials auf den einzelnen Scheiben verhindert

wird. W

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Dabei zeigen;

Fig. 1 eine Seitenansicht (teilweise geschnitten) einer Vorrichtung mit Reaktorgehäuse und Bewege- und Fördereinrichtung

Fig. 2 den Schnitt 2-2 gem. Fig. 1

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Bewege- und Fördereinrichtung (nach Fig. 1 ohne das Reaktorgehäuse)

Fig. H den Schnitt 4-4 gem Flg. 3

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BAD ORIQtNAU

Fig. 5 ααη Schnitt 5-5 jem. Fig. j Fig. υ den Schnitt, G-G gem. Fig. J

Fig. 7 die Ansicat eines Elements einer Bewege- und Fördereinrichtung

Fig. δ eine Seltenansicnt einer anderen AuafJhrungsform der Bewege- und Fördereinrichtung

Fig. 9 den Schnitt 9-9 gem. Fig. 8

Fig. 10 die Ansicht eines anderen Elements einer Bewege- und !fördereinrichtung

und

Fig.

11-14 schematische Schaubilder der mathematischen

Berechnung fdr die Funktion der Vorrichtung

nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen üblichen zylindrischen geschlossenen Reaktorkessel 20 mit einem Einlaß 22 für die Beschickung des licssels mit fließfähigem Stoff 23 (z.B. viskosem, unvollständig polymerisiertem geschmolzenem Polyethylenterephthalat) und mit einem Auslaß 24, durch welchen der Stoff ausgetragen wird. Dieser Stoff wird von einer drenbaren Bewege- und Fördereinrichtung 20 -die nachstehend näher besenrieben wird -· vom Einlaß 22 zum und durch den Auslaß 24 gefördert und dabei gemischt, durchgerührt una einer großen Oberflächeneinuirkung unterworfen. Der Reaktorkessel 20 Ist ein herkömmlicher mantelbeheizter Doppelwaiidkessel mit einer Innenwand 23, inneren Stirnwänden 30 und 32, von denen dor zu bearbeitende fließfähige Stoff eingeschlossen wird, einer Außenwand 34 und äußeren Stirnwänden ~jG und 38, die mit den inneren Wänden 28, 30 und 32 einen Heiz- oder Kühlmantel 40 bilden, In welchen zur Erwärmung oder Kühlung des fließfähigen Stoffes 23 ein Heiz- oder Kühlmedium eingeführt werden kann. An der Innenseite des oberen Teiles des Reaktorkessels 20 ist ein Dampf- oder Gasanschluß 50 für die Zu- oder Abführung von Dämpfen oder Gasen vorgesehen, z.B. für die Abführung der Glykol- und/ oder Wasserdämpfe bei der Polymerisation von Polyütuylenterephtnalat (Pfeil in Fig. 2).

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BAD ORIGINAL·

i-'ic χι: -.I.;·. .; i.-.r.-^r/ujlltj Ijov.-ogo- und F".- icrcinriehtung 20 bestck^vr.i;; ola-r ir ..:Lura.i VJclic 52 nit Lagern 5-> (Fig. D, die vou iiieliv dargosucllton ."Iiutoln entgegen «.lon Uhrscigcrninn angetrieben v.'L'a ■· wie aus Pig. 1 ersichtlich - u.i 1 an der nit der './olle drehbar·.; Scheiben 5'ia bis 5'-Is befestigt sind. Die Achse der Welle 52 verläuft zu den Ebenen der Scheiben 5^a bis 54a nicht senkrecnt₃ sondern jede Scheibe ist gegenüber der normalen dieser Achse geneigt. Das ist deutlich bei der Scheibe >'td zu erkennen,, die un eine auf der Zeichenebene und der Wellenacnse senkrec.it stohoudc horizontale Achse ;;oneijt ist und mit einer zur VJelie ^lj2 seii',;rocnten_ Ebene 55 (F-ij. Ί) einen VJinkel bildet. Am Umfang der Scheibe 5-'-td befindet sich ein Iiecliapurpunkt ¹JtC, der an der linken Seite der Vorriehtunc den linken freien iJndo der VJelle 52 inmer am nächsten liegt. In entsprechender ^T.v3i30 ist auch uie Scheibe 5-'Ie je^enäber der VJelle 52 C⁰¹^eIGtJ in diesoM Fall ist aie ebenfalls auf der Uellenachse senk-

rocnt ο tollende -leijun^sacioe ,"gegenüber der Jeiguncsachse der benachbarten linken Scheibe 5'+<1 um -15° verschoben (im Uhrzeigeroinii, in Flg. 3 von links JGSeIiCn)J so daß der Leckspurpunkt Z& auf dieser Scheibe 5^ie un 45° gegenüber dem lieckspurpunict ^TjC auf der Scheibe 5^d versetzt ist (im Uhrzeigersinn, in Fig. 5 von links gesenen) . Entsprechend ist die ileigunjsachse der Scneibe •j'if un weitore ^;*5° verschoben (in ührzeigersitui, vfie oben), so daß i:*r Ii-jckspurpuakt ^rjZ aucn urn vieitere 4 5" gegenüber dem uecks.rurpunÄt der ocheibc 5^c versetzt ist (in Uhr2eigersinn₃ •..-ic oben) und so 'weiter; jede folgende Scheibe hat ihre lleigungsachse und uemzufolge ihren Heckspurpunkt 56, '.Jobei jede lleigungsacnse und jeder heckspurpunkt gegenüber der lleigungsachse bzvf. dem hcckspurpurn:t der vorhergehenden Scheibe um v/eitere k5° versetzt sind (jeweils im Uhrzeigersinn). Das gleiche System der fort· s chrjitonden VJinkelverschiebungen von iieigungsachse und Heckspurpunkten 5C gilt auch für die Scheiben 5^a» b und c. Es ergibt sich, daß die Leckspurpunkte 56 der Scheiben 5^a bis s alle auf der in Fig. j5 strichpunktiert dargestellten Schraubenlinie 58 liegen. Empirisch wurdG gefunden, daß eine in der beschriebenen Vieise .aufgebaute Anordnung von Scheiben bei Drehung um die Achse dieser Konstruktion eine Vorwärtsbev/egung fließfähiger Stoffe in

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eiiior parallel zur Achse vorla-if>ηάοιι Ricatun- unu zwar in ^;or-3elbon Kientung bewirkt, die oicn auen i.e.; einer· Föräorschiieeke ergeben würde, ale in derselben Drehrlehtung wie a ie F'Jrdoroin·- ricätuiig jJ und mit uemseluen iJrensinn v/ie uie Schraub^nlinie ^c_-. :..uf aor die Ileekspurpunkte iju liefen,, läuft. "Jar; gilt un^eaciitct uor rataaenc, daii eine einzije fjeneiijte .'>.naibe ο ior aucn eine Reine jeneijter Scheiben, deren IleckspurpUiikt^ jeuoca nicht auf einer oCiiraubenlinie liefen,, l:eine Vorv;ürt3bewer;a.ij^ sondern nur eine hin- und herbewecunn des :iaterialr> bev.^riri:on wurao.

\Ile aus Fi,;;. '4 ersichtlien, ist der Aufbau der einzelnen Scheiben im Vercleica zxx bisner verwendeten Förderschnecken seiir einfach· und unkonpIiziert. Line Zylinderhulse oder -nabe G?. ist an der Welle 52 mittels Federnuten 64 befestigt. Ein flaches kreisförmiges ulatt GCa₁ das aus einem Stahlnetz, einer perforierten Platte oder aus Streckmetallstreifen GG bestehen kann, ist außen an der liabe angeschweißt (die Ebene dieses Blattes ist gegenüber der Normalen der Achse von Welle 52 geneigt., v/ie im Zusammenhang mit Fig. j näher ausgeführt) und mit einem ebenfalls angeschweißten Verstärkungsring C3 aus Stahl an seiner Peripneric versehen.

Wie oben erwähnt, sind die Scheiben vorzugsweise perforiert., woraus sich in vorteilnafter Weise eine Verbesserung beim Durckmiscnea und bei der Überflächenverteilung des zu behandelnden fließfähigen Stoffes ergibt. In den Fig. 1 und 2 1st fließfähiges iiaterial 23 dargestellt, das mittels ^er Bewege- und Fürdereinrichtung 2u in der Vorrichtung gefördert wird, wobei die aus den lietallstreifen GG bestehende Scheibe ein Element dieser Bewege- und Fördereinrichtung 2υ bildet. Wie aus Fig. 2 mit der dort angegebenen Drehrichtung ersichtlich ist, wird diese aus Streifen 66 aufgebaute Scheibe f3-»J durcn den fließfähigen Stoff 2'j gezogen, so daß durch die einzelne Haschen bildenden Streifen eier Scheibe eine Zerteilung und Durcnmischung des fließfähigen Stoffes bewirkt wird. Außerdem wird der Stoff

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in seiner üos^.itheit ;_*,ur rochtea "./and des Renictorkesscl.:; 20 hin bewegt, so daß eia ji'jßerer 3creicj sur Aufbereitung entsteht. Ferner bleibt eia Toil des zu bearbeitenden llaueriais an den ikiac.joa dor Scaeibo hängen und wird duren die Jreniui;;; der Scheibe aus aer am ΐθ·αο;ι des Reaktors befind lic ion Gesamtmasse L₁Os i'ließfüaijen ilaterials herausgehoben _, wouurch ο iac v/eitere ■inwir^un;* ermöglicht wird. Es ei*;~ibt sich, laß alle

η sehr viel wirkungsvoller sind, vjona eine Locn- ;_, δ. ^. eine Scheibe aus siebartigen Tcilea., aus durchjlecn ouor aus Streckraetallstreifea, oder auch eine als Speicnenrad ausgebildete Sciielbe verwendet wird., als wenn eine ebene ,rjlatte Scheibe vorgesehen wird, die jedoch ebenfalls bei Ausführungformen der Erfindung Anwendung flauen kann.

Die Abstande dor Scheiben 5'la bis 5^s untereinander entlanc der ./eile ^:}2 müssen keineswegs jleica sondern l:ünnen unterschied] ^!ch sein^ ebenso vrie die Schraubenlinie 58 keineswens vollkommen sein muß, es muß nur sichergestellt sein, daß diese mit einem Viinkelversats der heckspurpunkte in einer Richtung um die Achse aor Welle 'j2 verlaufe. Um eine beliebige, den jeweils cev/ünschten Anfordex'unjen entsprechende Einstellbarkeit bei den vorliegenden ^eometriscaen Voraus se t^un-jen zu eriialten, sind zwischen den Hauen 02 aer betreffenaen Sc.ieiben Distanzstdcke JO bzw. (2 vorjeseaen. Diese sina dann von besonderer Dedeutun^j wexin sich beispielsweise uie Lljensühaften des zu bearbeitenden fließfähinen Stoffes 23 mit fortscxireitender 13ewer*;unj des Stoffes im Reaktor verändern, wie das ζ.Δ. bei Polyatnylenterephtaalat tier Fall ist, üessea Viskosität bei fortsenreitender Polymerisation steint. flB jjera^emäß ist dor Abs tana der Scheiben voneinander an der Aus IaA-scitc UOi* in ΐ'¹!^;. 1 dargestellten Vorrichtung durch 2wiücacnsetaexi des Distanzstücks J2 vergrößert. Die ^leicxie Veränderung' dor Scneiberiabstänue kann auca auf aitdere Ueise orreicat werden, z.u. durCii Veri'in_t';erun_t; der liaben ü2 oder durca einfache ßefestir;un,·; aor uaben 62 an .'-owunscat-jn Stellen auf der './eile 52, oane aaß sicli aauei ule iiaben 62 aotwendi_t ^r;ervieisü berflhrcn.

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21UUb Ib

Au aar Auslaßsei te der ^u-.Oje- anu ^'"ruer¹ο."..ir '.-■- ■_;■- *..j «':-. is υ f.-lno besondere AusbllaUiij vor^o.;c.iea. Auf der '..'■'. tic ,,.· l;t, fine -:.".nfcic.K; i-jOCiioCiioii-'O j 4 :.ofostlr^u _, uuniicn .uji· ι ι i'i ^. -' darj'c — stellten Scheibe^ nur uaL» diese nic.it v:io iie Scheiben >^!ia bis 5-tu zur V/elle L 2 jc-nai^t angeordnet ist., sonaoru α'Λ.. .iler die Achse uer v/elle ^:j2 auf dieser Sc.iOLio ;''? s-nLrc-c^t stent. Di o I^f1uni.tion' der Scheibe 7*i besteht darin, d^-n "."r·>■:·:■» 1 a:ιf -.Ιοί Flie'-

Außei'deii v:urde ^ei'uuaea^ daß das zu Loarbelt .mü !!'-.toriai Ia :u ueljt,, ^CijOn die innere Stirn'./axiu }?. "escnleuierL z.i irsrden und ^.ox^t anirubacken. Un nun uieses anr*obacl:one .laterial von .icr otirir.mna jZ zu entfernen und xrieajr lern r.lljeraeinen ,lateri'.lfiu.'; zufuhren 211 .:"ηποιι, ist ein schraubenförmiger ALstrolfe:· JO aus tile cn vorgesehen (Pi.;;,. \ _ j und C) ^ der von S.joicnen '■'! jetraijen viird·, ;;elche rauial an einer Mittels ?oder..uten auf d:r '■J2 befestigten iiaLe b'4 an^eorunet sind, ^"..'isc.iu a:r VoriLe oC ues Abstreifers 30 und der Stirnwand j.' Ό "jste.it nur ein jerixi^es Spleiß so daß nit der 'v^rsrderi:an-i οJ '.:J..;roria der Jrenuiijj des Austreifers OO Abia^eruuje.i von α·.;χ' ^iii'.i;:iaa ,.2 entfernt und von ue:.i schraubenfjrni_tjen .;l-itt aes Abstreifors "O surdckccf 'Jrdert und durch den Aus la.'.. 2'i al ^ef uhrt- ;:oruon.

Die Scheiben [34a usw. brauchen nicnt aus i,raht.;efi-:-c-kt hor^-ostell '^u sein, beliebige andere Herstellungsarten fir sj.ieiberif"rr::i;;o i-.le:.iente mit öffnungen sind ebenfalls :.tj^iich. In Ti^. ' Ist ein scheibenförmiges F'Jrdereleraent in der Forn eines Speiciienraaes dai^estellt _Λ das aus einer nlttels Peuernuton auf i:-r "iolle \i.2 befesticten iiabe GC bestellt, die "iber die Speichen J-O :ilt lern Hiii^ 92 verbunden ist. i-'x;.> 10 sei ;t nine ;;eitere Ausführun-sfoiva einer Föruerscneibe, die eine i.abe [)'■* aufueist, an vior eine Stahlplatte ;';i. :.iit Perforation -jZ un^esc.iwei >t ist. uiu Verstdrkun^srin^· 100 ist am Urafanj der Stuhlplatte <}Z fest.%·- sciiv/eißt. 4_>eide scneioc-nf '3x*;.ii..;cu iMeniente ;*ο^. Γ⁷! ~. ■'[ u'ia 10 'wex'den ^eceuiiber eier norraalen uer Achse der '..\?iivj ; _t' .;cn " ungeordnet.

'Jini.el^ uia den jedü Fördcrscneibe . ;or;eiiiibei· α·.Ί' Joruaieu νιοι* V/ellenachse ,joneijt ist, kann in '.feiten Gx'onzeu ixi Abaäu_c;i_t;".oit von den Li^enschaften vies su bearbeitenden i-Iaterlals ;ouä,iit

109823/184S ., _tl _

"-■;·..:-, ".i. .,u;.. .-.-ο lop I ο.[ -.rib-,; η sich IeJ -jaii^jG.i der Ceneiben uri kleine .' :'..■ - Ι-:-λ '~/_j ' a:. I .*ro,'>o ".Zinke! von -¹Jp" als wirkungsvoll er-..! 'i'i'-.j ¹Jl-I' I : 7-::i\:"!.^-; k-o-roi-..· licjt .r.:ischen 2 und 20 . Auch \ . ;.:^oii J'üSi' ..'■_'! ;aii:j::v;i,.;;cl nlcat an allen Stollen der Vor- *'.-:.; O'^n.j jJ -1 :.. ..;:·-<" :'.»; sein, c-3 hat sich 2Ui.i Zg 1.3 ρ LqI far eine v^;:-ri'i.;.,tun,; :: .r a. jcilic^onaen Pülynoriuation von Poly^Itl'iylenlui'üi'iib.ialaL, :ol ier ale ViükoGitüt Jer ^u boarbeitenaen Hasse iiuül.;).:^ als v\.rt-~ilaafc- n3rau.3jestollt^ die ;Je.L^ungawinkel auf- ^üiiJcr Gc-ieiben entlang dor "./eile vun ct\/a 2 bis

Jii ue;i Fij. 3 u.u ·} ist eine AusfJIirunssform dargestellt, bei der aie Cciieiben 120a bis 120:3 nicht auf einer zentralen drehbaren ./eile, sondern an einem käfijarti^en drehbaren Rahmen befestigt sind, dieser Aufbau enthält an den Stirnseiten zv:oi Stummel we Il en 110 und 112, die koaxial cueina.idcr aii^eordnet una miteinander ..JX¹Cn' uen Käfij vorbunaen :;iaa₃ ..osson Speichen 114 an den Inneno.iden _:;iit den Ctuuneivjeilen 110 und 112 und an den Außenenden ..It j.-'in^sholiaen 116 verschweißt :;ind. Von dem Käfi^ werden ^'jcn;:c:ieiben 120a bis 120s ,-atrra^en, die in Konsurulction bzw. , ■-; j. iMUriscaer AuD^iiaun.; den Lcchscheiben [J-ia bis j 'is entsprechen, r.jr keine Haben 62 aufweisen, viobei die L,"njsnoi:io Hu die . ;:.:·;ΙΙ;ν;:ι 120.;. bis 120s in leren Ran-ibereicnen durchdrin^^ii und i-.rt ."it uiesen voroc"iv.^Tei/)t sind. Die ^esaute drenoare Lin- i· 1 -.-i-itun,;- nach Fi;;. 7 ΐ-Πία 3 kann anstelle der i;. Tij. 2 dar^e-.; ν-- Uten in ο j . Jn Fi,--. 1 vorgesehene Yorricaüu:-3 oin^eset.^t ·..'-.-x'uv.i; die oou,7i..icl\iellen 110 Laiu 112 weruen dabei vo.i Ijn La- flr ,2'Ji¹H ^J auf^enouiracn und wie die 'JeHe 52 durch ■jeeijnete Mittel ·ί;ι,;.ο ox'i eben.

./ix- bereits ob cn orvj-'Liat^ haben Versuche erj;ebon_> daß die Urcn-..'.■■./o; iii:; oinor ..'.v.r-.^i- und ?"-x\icreinricntun£; bei der Lrfindun^ '.'..t.;-'I-:.i iich cine ro:; JluJ ..-χόχκΙθ F'jrderbex/erjun^ des ::u behandelnden· «.Ί. i':i- i'dni^on , ...t'.'ri.MJ. s in .j/ln ^richtun;]; bewirkt. Jlese Tatsache 1/Iiot .'ich uai'LÜ er hinaus durcn die folgenden Ijorociinunrjen be- '

äii und ri.'liior erkl'a'-jn:

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ßAD ORIGINAL

Es sei:

t = Zeit

Vektor der augenblicklichen Geschwindigkeit im Raum, gegeben durchs,£■ und Jf

V_t~ Vektor der Tangentialgeschwindigkeit öT= Vektor der Winkelgeschwindigkeit der Welle G - Richtungswinkel von 31 01= Radiusvektor des Teilchens (Elements) *ί = Erdbeschleunigung
C = RotationsZentrum, Ursprung ^h= Masse des Teilchens (näherungsweise) *T = Scheibe oder wirksame Fläche = Symmetrie- oder Rotationsachse

- 13 109829/1849 / η

Ι» Durch die geneigte Anordnung hervorgerufener Axialdruck

Betrachtet werden die Körperkräfte eines Teilchens, wie in Pig, II dargestellt. Die Kräfte wirken nur an diesem Teilchen des zu behandelnden Stoffes und beruhen auf der Winke!bewegung der wirksamen Fläche der Scheibe. Außerdem wird der Vorgang näherungsweise unter Vernachlässigung von Scherkräften, Deformationen usw» des Teilchens betrachtet»

Das in Fig. 11 eingezeichnete Teilchen ist in Figur 13 allein dargestellt. Dabei ist zu beachten, daß 82 und Φ_€ in der Ebene der Scheibe liegen.

Für den Vektor der Winkelgeschwindigkeit kann geschrieben werden:

Ferner verändert sich die augenblickliche Geschwindigkeit im Raum X)

- die auch in kartesischen Koordinaten durch

ausgedrückt werden kann - gemäß

wobei & ebenfalls eine Funktion der Zeit ist. Hierbei kann gesetzt werden:

Nach dem 2. Newtonschen Gesetz ist
F*

at

CCjy _ ^L er F

dt ~ tu ' ^r bzw. d'i* r ^

und damit ^

_ 14 -9829/1840

_m 21ÜÜ615

Da sich die Eigenschaften des zu behandelnden Stoffes und damit ^n. in Abhängigkeit von der Zeit ändern, kann sm- nicht aus dem Integral eliminiert werden.

Der Zweck dieser Umformung zu dem Ausdruck

ti J in-

war, zu zeigen, daß

Cf***) bzw.

rf ' / _{lstj d#h}^

1401 und ///bezüglich der Wirkungen am Teilchen eingerechnet werden können.

Mit Vr* 2- * F

wobei Ajf-fr'* + fyj+fy^ . ist, gilt;

oder -w kann in die Kraft fa eingerechnet werden Ferner gilt:

Da der Reaktorkessel horizontal liegt, eind

>* ~0 und

Damit kann eine *uf das Teilchen einwirkende resultierende Kraft angenommen werden.

Diese Kraft ^ Ändert dauernd ihre Richtung und ist abhängig von der Drehrichtung und der Neigung, Aus Fig. I¹J ergibt sich, wenn die Scheibe .X den zu behandelnden Stoff im Winkelbereich voi

berührt, daß /. 109829/1849 -15

Wenn die Scheibe um den Winkel-/y3 geneigt ist, ergibt sich z.B. im Winkelbereich 9c'f β *2Ψ0*

Damit wäre rein qualitativ zu erwarten, daß aufgrund von allein kein oder nur ein sehr geringer Axialdruck auftritt.

Eine weitere Komponente, die bei der oben abgeleiteten Kraftberücksichtigt werden muß, ist die Erhaltung des Drehmoments. Zur Veranschaulichung wird auf die Vorstellung eines "Kreiselpendels¹¹ zurückgegriffen. Das Pendel bleibt aufgrund des dureh den Vektor der Winkelgeschwindigkeit in vertikaler Richtung weisenden Momentes (in einer zu cZ senkrechten Ebene und aufwärts in Richtung der Mittellinie des Pendels gerichtet) in vertikaler Richtung.

Näherungsweise verhält sich das Teilchen des zu behandelnden Stoffes (Fig. 11) wie das Pendel, jedoch ist der Vektor des Drehmomentes jetzt in die positive axiale Richtung gerichtet. Somit ergibt sich, wegen der Erhaltung des Drehmomentes, ein resultierender positiver Axialdruck.

Auch hierbei ist der kritische Drehwinkel von Bedeutung, wobei sich nach der "Rechten-Hand-Regel" (€Qk%y) die Richtung des Vektors der Winkelgeschwindigkeit ergibt. Hierfür gilt: Q(I wird nach ^ und ^?λ fc^ um ß*18c° gedreht; dann ist der resultierende Vektor bei Drehung im Uhrzeigersinn positiv. Somit folgt für den vorliegenden Fall, daß ei? positiv ist - - axiale Fließrichtung.

Unter Erhaltung der Masse folgt näherungsweise: Die Menge der sich ansammelnden Masse ist ("V«.- '^au.i ), was durch die Kontinuitätsgleichung gezeigt werden kann:

j *- V-pV (für festen Punkt)

mit ξ - Dichte (am festen Punkt)

109829/1849 " ^l6 "

21 Uliin b

Im vorliegenden Fall gilt:

Ό <pV - O (*)

wobei f'V der Massengeschwindigkeitsvektor ist. (*) Diese Gleichung sagt aus, daß der De trag von Λ von $ an jedem Punkt eine Funktion von γ%> ist. Jedoch, da \7·$%>-Ο ist oder es kein ^7 gibt (d.h., keinen Betrag von4 ), ist der Vektor der Massengeschwindigkeit konstant, oder, mit anderen Worten, der zu behandelnde Stoff wird durch die genannten Kraft« weitergefördert. Dabei ist es zu beachten, daß1> in Wirklichkeit $V ist.

Die Kontinuitätsgleichung für das vorliegende System kann auch in folgender Weise geschrieben werden:

Jedoch, wie oben schon erwähnt, gilt

so daß verbleibt

Hierbei ist ^ Φ O und ^ ist positiv, was darauf hinweist, daß %$ nur dann größer wird, wenn die Länge oder die Neigung des Reaktorkessels vergrößert wird; aus diesem Grunde muß eine Axialverschiebung auftreten.

II, Durch den Versatz der einzelnen Neigungsachsen hervorgerufener Axialdruck

Bei allen Arten von Maschinen, in denen Teile um andere Achsen als ihre Rotationsachsen rotieren, treten gyroskopische Effekte

Bei einer geneigten Scheibe auf einer Welle (vgl. Fig. 12) dreht sich die Welle mit konstanter Winkelgeschwindigkeit <5T

1098297 18 49 -J

um eine feste Achse -- Z. Die dargestellte Anordnung (einschließlich Kolben und Scheibe) findet sich bei "Taumelscheiben"-Pumpen, wobei die Pendelbewegung der Scheibe eine Hin- und Herbewegung der Kolben bewirkt, die in festen, um gleiche Winkel gegenüber der Achse angeordneten Zylindern gleiten.

Es wird angenommen, daß sich das Massenzentrum der Scheibe auf der Wellenachse im Ursprung O befindet und die Welle sich vollkommen ruhig verhält. Wenn x, y, ζ die Hauptachsen der Scheibe bei ο sind - wobei y auf Z senkrecht steht - dann sind die Winkelgeschwindigkeiten der Scheibe um diese Achsen (~a*Saf& , O, ccc<r<.& )_t wobei Θ der Winkel zwischen ζ und Z ist. Ebenfalls ergibt sich, wenn (A₁^₁C) als die Hauptträgheitsmomente der Scheibe für C angenommen werden, nach den Euler'sehen Gleichungen: *i. j~_t = q

^- Tz. = CC-A) i*³* sci-θ crs Θ

3. T_z ^O

Mit diesen Gleichungen 1. bis 3. werden die auf die Scheibe einwirkenden Komponentenpaare definiert; sie sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Dabei ist zu beachten, daß das Paar T₀ mit dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit (&>) wächst, aber sich nahezu linear mit & verändert (bei kleinem £j« ' ),

Es werden - zusätzlich zu den beiden mit gleichem Abstand vom Radius r von der Welle auf jeder Seite der Scheibe dargestellten - afk η weitere Kolben und Kolbenstangen der Masse /^angenommen. Für das erste Paar, das in der Ebene YZ liegt, sind Y und y bei t = ο identisch; die Axialverschiebung des s-ten Paares kann dann so ausgedruckt werden:

Z₁ ■-- r. ft»

Dabei 1st { ?~-ⁿ--■<■* *} der Winkel zwischen der y-Achee und dem vom Ursprung O zur Mittellinie des s-ten Kolbens gezogenen Radius,

Wenn 6*ΐ6ό* let, oder w«nn die Schelb· eine voll· öwdrthung vollendet hat, ist dl· O«e*«tv*r»ohlebung (bei beiden lelfcen) gleich Null. Das würde auch für die Scheiben bei den Ausführung· f ο neen nach der Erfindung gelten, wenn all· Scheiben

109829/1840 - 18 -

w 21 nun 15

um den gleichen Betrag geneigt, jedoch ohne Versatz ihrer Neigungsachsen angeordnet wären.

Wird nun aber die gleiche Scheibe der Pig. 12 unter Hinzufügung einer weiteren Scheibe mit gleicher Neigung und einer um 45 versetzten Neigungsachse betrachtet (d.h. das Achsenkreuz x, y, ζ für die 2. Scheibe ist bei &- 45°), ergibt sich für

Θ = 360° ganz offensichtlich ein resultierender Axialdruck oder eine Axialverschiebung (Zs). Dabei ist zu beachten, daß diese Feststellung nur für die Betrachtung beider Scheiben zusammen, nicht aber bei unabhängiger Betrachtung einzelner Scheiben gilt.

Die resultierende Axialverschiebungs- oder Axialdruckkomponente ist auf folgendes zurückzuführen:

Der in Fig. 12 dargestellten Anordnung von Scheibe und Kolben wird eine zweite Scheibe mit der gleichen Kolbenanordnung mit gleichem r und gleichem Achsenkreuz x, y, ζ hinzugefügt, die aber gegenüber der ersten Scheibe um 45° gedreht ist.

Wenn bei t die Kolbenverschiebung θ - 0° beträgt, ergibt sich für Z₅= 0, Für die zweite Scheibe würde Z_s nur dann gleichfalls Null sein, wenn der Versatz ihrer Neigungsachse gegenüber der der ersten Null wäre. Da der Versatz jedoch 45° beträgt, entsteht eine Axialverschiebung oder ein Axialdruck in Richtung Z, wobei sich für Z_t ein positiver Wert ergibt. Daraus folgt, daß sich alle diese Z₁ zu einer "axialen Trägheitskraft" oder einem axialen Trägheitsdruck summieren.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar zu erkennen, daß es sich bei der Erfindung um eine neuartige und einfach aufzubauende Vorrichtung zum Mischen, Fördern und Behandeln fließfähiger Stoffe handelt. Diese Vorrichtung findet in besonders vorteilhafter Weise für die Herstellung von Polyestern und bei anderen Polymerisationareaktionen Verwendung.

13 AnaprUch· 1* Figur·!}

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zum üenanueln eines fließfähigen Stoffes, bestehend aus einu..i Rcaktorjcwuse mit einem Einlaß an einem und einem Auslaß au anderen Ende and einer um eine waagerechte Achse drenuaren Einrichtung aim Bewegen und Fördern aus fließfü-higc-M Stoffes,, vorzugsweise für die Polykondensation von Präpolymeren zu Polyester mit hohem .lolekulargewient, dadurch gekennzeichnet ₃ daß die drehbare i3cv;ege- und Fördereinrichtung aus Scnciucn besteht, die aufeinanderfolgend in RicntUiig der Rotationsachse gegenüber dieser derart jchoijt .'ingeoinlnet sind, daß jeweils ein Punkt a:.i umfang einer joden Scheibe von dem in derjenigen Stirnseite liegenuc:i Punkt dor Rotationsachse des Reaktorgoh;iuses_s auf die aie Jeigungsac.isc der L-trcffenaon Scheibe weist, einen kleinsten Abstand besitzt _t und daß diese Punkte aller Scheiben auf einer zur Rotationsachse koaxialen Schraubenlinie

   2. Vorrichtung nach Ansprucn I₁, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben ils Lochscheiben ausgebildet sind.

   ■j. Vorrichtung nach Anspruch I₃ dadurch cic^^^^Giciinot, daß die Scheiben jittGrartic ausgebildet sind.

   μ. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder j₃ dadurch cekennseichnet, daß die Scheiben am einen Ende der Bewege- und Fördereinrichtung mit größeren öffnungen ausgebildet sind als am anderen Ende.

   '■j. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis h_} dadurch gekennzeichnet _, daß die Scheiben mit unterschiedlichen Abständen voMoinan-tor angeordnet sind.

   .j. Vorrichtung nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Sciieiben am einen Ende der Beuege- und Fördereinrichtung mit geringeren Abständen voneinander angeordnet sind als am anderen Ende.

   - 20

   109829/1849 ^ O*^iQlN*^W

   7. /orrichtunj nach oine::i dor Ansprache 1. ":Ί:; ', dadarv ι ,·;.:- ix.ui^eicüi^tj daß der Innenrauiii des •jir.aktor.jehäu.jcs η it _; i'iii,>-:;i G₁)IoI von Jen uC.;:iae;i der ^eue^e- und 7"U¹UJj¹.: I.nrichtuuj in ociug.'.i unteren gereich al π ι: ar Rotationsachse koaxiale "yliiidnr-..ru:tcllu"lfte aunje'uildct iat.

   o, Vori'icijtunc nac.i einem dor Anoprucne 1 birj 7_Λ ■ -iadurv.i ;;;okenn^ciclinetj JaL· der ala Rotatioiiof-l.'lc.io -UIu₁-C.)i.ldctcn Ct-!.rnvirind an uor Aiulaßseltc dei5 Iica]:t(.>i\-o.i;Iur3OG ein die:;o ."tirn;;ana bor./vnrendoi' ocnrauoanförMijor Abstreifer :njcord;ict 5 3t.

   '}. Vüi'riclitun^; nacn Λη3].·ΐ'αοη 8, dadurcii ;-o]:cnn;:cicniict ^ daß die letzte Sencibe uer Jc/cjc- und F'Jrdereinrientun.-j on;ic. ilc-i-OUUj₁, alöo ^enkreciit ;;ur Iiotationaaehce befestigt ist.

   10. Vorriehtun.j nach eincr.i der AnoprJcno 1 bia ^₃ iadurcn ,jeke2in:;elc;inotj daß die ocheiben mit uutorscjilcdliclacr i.ei^unj ααύ dor liori.ialen der Hotationoacaae angeordnet ^lud.

   11. Vorrientunj nacn Anspruch 10, dadurch jekennzeicnnet, daß die Scheiben an einen Lude der Misch- und Fördereinrichtung stärker jeneicjt anjeorunet sind als a:n andoi'en Lude.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurcn f-ei.ennzeicnnet j daß die Jo'.;eje- und Fördereinricntun^; :ii t einer oicn durch die Ilittelpunkte der ."choiben orstrcclcenden und diese ocneiben tragenden "Jelle ausgebildet ist.

   Ij. Vorricntuns nach einem der Ansprücne 1 bis 11, dadurcn Gekennzeichnet, daß die jjewece- und Fördereinrichtung; alJ ein an zmqI koaxialen otuminelifcllen befestigter Tragrahmen ausgebildet 1st, an dem die !Scheiben im ;Jcreicji ihrer Unifänje befestigt sind.

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