DE68905806T2

DE68905806T2 - Statische mischeinrichtung.

Info

Publication number: DE68905806T2
Application number: DE1989605806
Authority: DE
Inventors: Juergen Friedrich
Original assignee: KAMA CORP
Current assignee: Krup Corp Hazleton Pa Us
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2009-08-08
Also published as: DE68905806D1; ATE87500T1

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Wärmeaustauscher und eine Mischeinrichtung gerichtet, wobei durch eine Leitung geführtes Material, wie z.B. ein viskoses Kunstharzmaterial, in einem fließfähigen Zustand durch ein Wärmeubertragungsmedium gehalten wird, das durch Rohre geleitet wird, die sich quer zu der Leitung erstrecken.
Es ist anzumerken, daß derzeit eine Anzahl von Wärmeübertragungssystemen erhältlich ist, einschließlich solcher, bei denen Rohre verwendet werden, die sich quer zu einer Leitung erstrecken und durch welche ein Wärmeübertragungsmedium zur Aufrechterhaltung des durch eine Leitung fließenden Materials innerhalb des erforderlichen Temperaturbereichs geleitet wird. Diese Systeme sind jedoch insofern fehlerhaft, als bei ihnen nicht die notwendige Mischung vorgesehen ist und sie nicht ein so wirksames Wärmeübertragungssystem wie die vorliegende Erfindung darstellen. Auf diese Art einer allgemeinen Konfiguration sind folgende Patente gerichtet: Oakeley US-A-33,849; Fox US-A-551,489; Holland US-A- 609,935; Holt et al. US-A-798,183; Harter US-A-1,636,958; Wells US-A-2,018,163; Behlau US-A-4,235,286; Pranaitis US- A-4,363,353; und Muller et al. US-A-4,314.606. Es wird anerkannt, daß diese zum Stand der Technik gehörenden Referenzen eine Wärmeübertragung vorsehen und in einigen Fällen sogar die Mischung eines Viskosematerials verbessert wird. Indessen wird ein unbefriedigender Wärmeaustausch zwischen dem fießenden Material und dem Wärmeaustauschmedium erreicht und die gewünschte Mischung wird nicht erhalten, so daß ein wirksameres System wie die Bauart gemäß der vorliegenden Erfindung gefordert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebenen Nachteile früherer Systeme durch die Bereitstellung eines neuen Wärmeaustausch- und Mischsystems, das aus einer Mehrzahl von beabstandeten Rohrreihen besteht, die innerhalb einer Leitung angeordnet sind. Jede der Rohrreihen besteht aus einer Mehrzahl von beabstandeten, parallelen Rohren, die sich durch die äußere Oberfläche der Leitung hindurch erstrecken und mit dieser verschweißt sind. Die benachbarten Rohrreihen, welche, während sie sich in einer Längsrichtung erstrecken, in einem Winkel in bezug auf die benachbarten Reihen angeordnet sind und daher die benachbarten Rohrreihen, während sie eine gute Wärmeübertragung vorsehen, auch eine Mischung ermöglichen, weil das durch die Leitung fließende Material auf einer gewundenen Bahn um die benachbarten Rohrreihen herumgeleitet wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die benachbarten Rohrreihen, die sich durch die äußeren Wände der Leitungen erstrecken, einen Winkel von angenähert 90º mit benachbarten Rohrreihen. So hat man hier eine Situation, in der benachbarte Rohrreihen vorhanden sind, die sich miteinander kreuzen. Bei dieser Anordnung sind die Rohre, durch die ein Wärmeübertragungsmedium geleitet wird, wirksam, um das durch die Leitung geführte Material in einem fließfähigen Zustand zu halten.
In einer typischen Situation wird ein in die Leitung eintretendes Produkt, wie z.B. Styrol, bei einer Teinperature von annähernd 200ºC eingeleitet und das Wärmeübertragungsmedium, das ein standardisiertes Wärmeübertragungsöl ist, wird bei einer Temperatur von annähernd 300ºC eingeleitet. Es ist wichtig, daß die Temperatur des Wärmeübertragungsöls ausreicht, um die Polymerisation des durch die große Leitung hindurchfließenden Monomers einzuleiten und fortzusetzen. Bei dieser Anordnung wird die gewünschte Viskosität des durch die Leitung fließenden Produktes aufrechterhalten. Während sie bei der folgenden Situation für die Polymerisation von Styrol verwendet wird, könnte sie auch für andere Materialien benutzt werden. Die Rohre sind im allgemeinen aus rostfreiem Stahl hergestellt oder aus irgendeinem anderen wärmeleitenden Material, wodurch das durch die Rohre hindurchgeleitete Wärmeübertragungsmedium wirksam ist, um die Temperatur des durch die Leitung fließenden Harzmaterials in einem fließfähigen Zustand zu halten. Die Rohre sind recht dünn, wodurch eine ausgezeichnete Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeübertragungöl und dem durch die Leitung fließenden Produkt erreicht wird. Es wird angemerkt, daß die benachbarten Rohrreihen miteinander in dichter Berührung stehen, aber die Rohre bilden, weil sie sich überkreuzen, eine gewundene Bahn für das durch die Leitung geführte Produkt. Demgemäß werden sämtliche Volumenbereiche des fließenden Produkts in einem dichten Abstand zu der Wärmeübertragungsfläche gehalten. Daher wird nicht nur eine ausgezeichnete Wärmeübertragung im Hinblick auf den hochheizenden Bereich in bezug auf das fließfähige Material erreicht, sondern es wird das Material auch aufgrund der Strömung auf einer gewundenen Strecke durch die Leitung gemischt. Im Ergebnis werden eine ausgezeichnete Wärmeübertragung durch die fortgesetzte, dichte Nähe des heißen Öls zu dem zu polymerisierenden Material und die wirksame Wärmeübertragung auf das Produkt über die gesamte Mischeinrichtung hinweg erreicht. Diese Konstruktion eliminiert das Ansetzen von Polymer an den Leitungswänden und überwindet die Schaffung von "toten Zonen" in dem Reaktionssystem.
Zahlreiche andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, aus den Ansprüchen und aus den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht der Leitung, wobei die sich durch sie hindurch erstreckenden Wärmübertragungsrohre gezeigt sind;
Fig. 2 einen Querschnitt, der zwei benachbarte Rohrreihen zeigt, die sich durch die Leitung erstrecken und
Fig. 3 eine Endansicht der Leitungs- und Rohranordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Es sei jetzt Bezug genommen auf Fig. 1, in der eine Leitung 10 gezeigt ist, welche eine Mehrzahl von Rohrreihen 12, 14 umfasst, die sich durch sie hindurch erstrecken. Nunmehr sei spezifisch auf Fig. 2 Bezug genommen, in der zwei benachbarte Rohrreihen 12, 14 dargestellt sind, die in annährend rechten Winkeln zueinander angeordnet sind.
Fig. 3, die eine Endansicht ist, stellt die Leitung 10 und abwechselnde Rohrreihen 12, 14 dar, welche die gleiche Ausrichtung haben. Insbesondere aus Fig. 2 und 3 ist zu ersehen, das in die Leitung an dem Einlass 16 eingeführtes fließfähiges Material zunächst die Mehrzahl benachbarte Rohrreihen 12, 14 berühren wird, aber außerstande ist, sich in einer geraden Linie aufgrund der Ausrichtung der Reihen 12, 14 zu bewegen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, liegen die Reihen 12, 14 aneinander an, so daß irgendwelches, in den Einlass 16 eintretendes Material eine Anzahl von Windungen und Kehren durchlaufen muß, bevor es zu dem Auslass 18 der Leitung 10 gelangt.
Die Rohre l2, l4 erstrecken sich durch die Wände 11 der Leitung 10 und sind mit der Aussenseite der Wände bei 13 verschweißt, wie in Fig. 1 gezeigt.
In Fig. 2 ist gezeigt, daß die benachbarten Rohrreihen in annähernd rechtem Winkel zueinander angeordnet sind, aber es ist verständlich, das dies lediglich eine bevorzugte Ausführungsform darstellt und daß das Winkelmaß nicht wesentlich ist. Es ist sogar erwünscht, daß die benachbarten Rohre sich überkreuzen, so daß keine geradlinige Bahn für das Material vorhanden ist, um zwischen dem Einlaß 16 und dem Auslaß 18 der Leitung 10 zu fließen. Die Anordnung der benachbarten Rohrreihen ist eindeutig wirksam, um die gewünschte Mischung zu verbessern.
Es ist somit ersichtlich, daß mit der vorerwähnten Rohr- und Leitungsausrichtung der maximale Flächenbereich für eine gegebene Länge und einen gegebenen Durchmesser der Leitungen und Rohre erhalten wird, um eine hochwirksame Wärmeübertragung von den Rohren auf das in der Leitung 10 fließende Material zu erleichtern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das in die Leitung bei etwa 200ºC fließende Material Styrol und wird auf dieser Temperatur gehalten. Um dies zu erreichen, ist das Wärmeübertragungsmedium ein Wärmeübertragungs-Standardöl das bei 300ºC eingeleitet wird, so daß das Wärmeübertragungsmedium das Produkt auf der gewünschten Temperatur für die Fließfähigkeit hält, während gleichzeitig die gewünschte, erforderliche Mischung hervorgerufen wird.

Claims

1. Statische Mischeinrichtung, umfassend eine rohrförmige Leitung (10), bestehend aus einer rohrförmigen Wand (11), die einen hohlen rohrförinigen Querschnitt aufweist, durch den ein viskoses Produkt, das innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs gehalten wird, unter wesentlichem Druck zugeführt wird, einer Mehrzah1 von Rohrreihen (12, 14), die sich quer zu einem Hauptteil des Querschnitts der genannten Leitung (10) erstreckt und diesen ausfüllt, wobei durch die genannten Rohre ein Wärmeübertragungsmedim fließt, um eine Grenzfläche zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und dem viskosen Produkt vorzusehen, damit das Produkt innerhalb des vorgewählten Teinperaturbereichs gehalten wird, um zu seiner Homogenität beizutragen, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes Rohr (12, 14) durch die rohrförmige Wand (11) der Leitung (10) an einer unabhängigen Eintrittsstelle des Wärmeübertragungsmediums für das Rohr (12, 14) und an einer unabhängigen Austrittsstelle des Wärmeübertragungsmediums für das Rohr (12, l4) erstreckt, wobei jedes Rohr (12, 14) zwischen seiner Eintrittsstelle und Austrittsstelle geradlinig ist, jede der genannten Rohrreihen (12, 14) sich im wesentlichen quer durch die Leitung (10) erstreckt, die Innenwand der Leitung (10) im spitzen Winkel berührt, die Rohre (12, 14) in jeder Reihe an einer benachbarten Reihe anliegen und sich in einem Winkel in bezug auf die benachbarten Reihen derart erstrecken, daß das durch die Leitung (10) fließende Produkt unter hohem Druck auf einer gewundenen Bahn um die genannten Rohre (12, 14) geleitet wird, um eine gleichmäßige Vermischung des Produktes zu bewirken und eine Anhäufung des Produktes auf den Rohren (12, 14) zu verhindern, während das Produkt innerhalb des vorgeschriebenen Temperaturbereichs durch die Anwendung einer gleichförmigen Hitze für das viskose Produkt gehalten wird, um ein sich gleichmäßiger verhaltendes, durch die Leitung (10) fließendes Produkt vorzusehen.

2. Statische Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierenden Rohrreihen (12, 14) parallel zueinander sind.

3. Statische Mischeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar benachbarten Rohrreihen (12, 14) in rechten Winkeln zueinander angeordnet sind.

4. Statische Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich durch die Leitung (10) erstrekkenden Rohre (12, 14) mit der Außenseite der Leitung (10) verschweißt sind.

5. Statische Mischeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Rohrreihen (12, 14) vorhanden sind.

6. Statische Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Leitung (10) einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat, wodurch der Strom des durch die Rohre (12, 14) fließenden Wärmeübertragungsmediums während einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne auftritt, so daß nur eine geringe Temperaturänderung des Wärmeübertragungsmediums stattfindet, wenn es durch die Leitung fließt.