Die Erfindung betrifft einen heiz- oder kühlbaren Kneter für die kontinuierliche Durchführung von thermischen Verfahren oder chemischen Reaktionen entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Mischkneter dieser Art für absatzweisen oder kontinuierlichen Betrieb sind z.B. bekannt durch die AT-PS 294 020 oder die CH-PS 410 789.
Durch das Ineinandergreifen der rotierenden Wellenelemente und der statischen Gegenknetelemente wird mit diesen Apparaten bei typischen Füllgraden zwischen 50 und 80% in vielen Fällen eine befriedigende Knetwirkung und Selbstreinigung der Wärmeaustauschflächen erzielt. Bei einigen Produkten können sich jedoch ringförmige Anbackungen bilden, die sich auf den Gegenknetelementen abstützen und den kontinuierlichen Betrieb stören oder unmöglich machen. Dies tritt besonders auf bei Produkten, deren Zähigkeit unter Scherwirkung abnimmt, oder solchen, die eine geringe Kohäsion mit einer starken Neigung zum Anhaften verbinden.
Es wurde gefunden, dass die hier dargestellte Erfindung die Bildung solcher Anbackungen verhindert und gleichzeitig eine gute Mischwirkung und Selbstreinigung gewährleistet, weil das Auftreten einer flüssigen oder pastösen Phase im ersten Teil des Apparats durch intensive Rückmischung mit bereits teilreagiertem, rieselfähigem Produkt vermieden wird. Hierbei wird die axiale Rückvermischung nicht wie bei bekannten Mischknetern durch Scheibenelemente behindert, sondern durch die versetzte Anordnung der Rührarme und schräggestellte rückwärts transportierende Knetflügel im ersten Teil des Apparats verstärkt. Durch das Abwechseln rotierender und statischer Elemente werden die Kneträume unterteilt und Haftflächen für eventuelle Anbackungen verkleinert.
Im zweiten Teil des Mischkneters ist die Rückvermischung des dort schon rieselfähigen Produkts durch die Scheibensegmente verringert, das Produkt reagiert aus und wird über ein seitliches Wehr verstellbarer Höhe ausgetragen. Die Strömung kann hier als pfropfenströmung bezeichnet werden. Die Form und Anordnung der Rührflügel und Gegenknetelemente wird so gewählt, dass eine bestmögliche Selbstreinigung der Wärmeaustauschflächen und ein Zerscheren von Produktknollen erzielt wird, ohne das Produkt zu verdichten.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Mischkneter;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Rückmischzone;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Pfropfenströmungszone;
Fig. 4a, b und Fig. 5a, b Ausführungsvarianten der Pfropfenströmungszone;
Fig. 6a, b eine Ausführungsform der Pfropfenströmungszone mit schwenkbaren Gegenknetelementen im Quer- und Längsschnitt.
Fig. 1 zeigt als grundsätzlichen Aufbau des horizontal oder geneigt aufgestellten Mischkneters den Gehäuseunterteil 1, den Gehäuseoberteil 2, die Welle 3, die angeflanschten Stirnwände 4 und 5, mit Stopfbüchsen 6 und beidseitiger externer Wellenlagerung 7 sowie den Antrieb mit Aufsteckgetriebe 8 und Antriebsmotor 9.
Der kontinuierlich arbeitende Mischkneter ist längs in zwei Zonen unterteilt, die durch eine im Gehäuse befestigte Stauplatte 10 getrennt sein können. Die Zuführung des in der Regel flüssigen Rohprodukts erfolgt durch einen oder mehrere Stutzen 11 und 12 verteilt über die Länge der Rückmischzone.
Der Austrag des Produkts erfolgt durch den seitlichen Stutzen 13.
Im Rückmischteil sind auf der Welle 3 die Knetarme 14 befestigt, deren schräg aufgesetzte Knetflügel 15 bis auf einen geringen Abstand an die Gehäuseinnenwand reichen, Die Knetarme 16 mit den Knetflügeln 17 sind dazu versetzt angeordnet und radial wesentlich kürzer.
Im Pfropfenströmungsteil sind dagegen die Scheibensegmente 18 mit Knetflügeln 19 nicht oder weniger stark versetzt angeordnet, wobei der axiale Abstand der Scheiben von demjenigen der Knetarme im ersten Teil verschieden sein kann.
Die Welle ist heiz- oder kühlbar. Durch Zu- und Rückführung des Wärmeträgers mittels handelsüblicher Drehdurchführungen 20 an beiden Wellenenden und die Unterteilung der Heizmäntel 21, 22 am Gehäuse ist es möglich, zwei unterschiedliche Heiz-/Kühlzonen vorzusehen.
Die statischen Gegenknetelemente 23 und 24 sind in zwei achsparallelen Reihen angeordnet. Die Querschnitte I-II in Fig. 2 und III-IV in Fig. 3 zeigen, wie die langen Gegenknetelemente 23, die den Wellenschaft und den Innenteil der Scheiben bzw. der Knetarme bestreichen, von innen am abnehmbaren Gehäuseoberteil befestigt sind. Die kurzen Gegenknetelemente 24 sitzen im Gehäuseunterteil und bestreichen den äusseren Teil der Scheibensegmente bzw. der Knetarme. Sie kämmen mit den Knetflügeln 15 bzw. 19 der Welle. Dadurch kommt es zu einer intensiven Misch- und Zerkleinerungswirkung im Produkt.
Bei Verringerung der Dicke der Barren der Gegenknetelemente 23 und 24 kann an der Vorderkante des Scheibensegmentes 18 wie in Fig. 3 dargestellt, ein zusätzlicher Rührflügel 25 angebracht werden, der radial zwischen 23 und 24 eingreift.
Fig. 4a, b zeigt eine Ausführungsvariante zum Pfropfenströmungsteil. Anstelle der Scheibensegmente 18 sind hohle, heizbare Scheibenringe 26 auf der Welle befestigt, die aufgesetzte Knetflügel 27 tragen. Die Seitenflächen der Ringe 26 und der Knetflügel sowie die Welle werden abgereinigt durch je ein Paar statische Abstreifer 28, die im Gehäuseoberteil befestigt sind.
Fig. 5a, b zeigt eine weitere Ausführungsvariante im Pfropfenströmungsteil mit versetzt angeordneten Scheibensegmentpaaren 18 und Fingerstiften 29 auf der Welle, die mit den im Gehäuseoberteil befestigten Abstreifern 30 kämmen und so für eine wirksame Abreinigung sorgen. Durch die versetzte Anordnung der Scheiben wird einer möglichen Verdichtung des Produkts entgegengewirkt, die Rückvermischung ist stärker.
Die Ausführungsform mit radial schwenkbaren Gegenknetelementen 31 im Pfropfenströmungsteil ist in Fig. 6a, b dargestellt. Die Welle trägt wiederum Scheibensegmente 32 mit Knetflügeln am Aussendurchmesser. Die Gegenknetelemente 31 sind auf einer gemeinsamen Längsachse 33 befestigt, welche durch einen aussenliegenden Kolben 34 oder Exzenter mittels eines Hebels 35 um einen bestimmten Winkel hin- und hergeschwenkt wird. Der Hub ist im Kolben beidseitig mechanisch begrenzt. Die Längsachse 33 ist an beiden Enden und in den Zwischenabschnitten in Gleitbüchsen gelagert, die in einer U-förmigen Nut des Gehäuseoberteils befestigt sind, und ist mittels Lippendichtungen 36 nach aussen gedichtet.
The invention relates to a heatable or coolable kneader for the continuous implementation of thermal processes or chemical reactions according to the preamble of patent claim 1.
Mixing kneaders of this type for batch or continuous operation are e.g. known from AT-PS 294 020 or CH-PS 410 789.
Through the intermeshing of the rotating shaft elements and the static counter-kneading elements, a satisfactory kneading effect and self-cleaning of the heat exchange surfaces is achieved in many cases with typical filling levels between 50 and 80%. With some products, however, ring-shaped caking can form, which are supported on the counter-kneading elements and disrupt continuous operation or make it impossible. This is particularly the case with products whose toughness decreases under shear or those that combine low cohesion with a strong tendency to stick.
It has been found that the invention shown here prevents the formation of such caking and at the same time ensures a good mixing action and self-cleaning, because the occurrence of a liquid or pasty phase in the first part of the apparatus is avoided by intensive backmixing with already partially reacted, free-flowing product. Here, the axial backmixing is not hampered by disk elements, as in the case of known mixer kneaders, but is reinforced by the staggered arrangement of the stirring arms and inclined backward-moving kneading blades in the first part of the apparatus. By alternating rotating and static elements, the knee spaces are divided and adhesive surfaces for possible caking are reduced.
In the second part of the mixer kneader, the backmixing of the product which is already free-flowing there is reduced by the disk segments, the product reacts and is discharged via an adjustable height weir. The flow can be called plug flow here. The shape and arrangement of the agitator blades and counter-kneading elements is selected so that the best possible self-cleaning of the heat exchange surfaces and shearing of product tubing is achieved without compressing the product.
The invention is explained in more detail with reference to drawings. Show it:
1 shows a longitudinal section through the mixer kneader.
2 shows a cross section through the backmixing zone;
3 shows a cross section through the plug flow zone;
4a, b and 5a, b variants of the plug flow zone;
Fig. 6a, b an embodiment of the plug flow zone with pivotable counter kneading elements in cross and longitudinal section.
Fig. 1 shows the basic structure of the horizontally or inclined mixer kneader the lower housing part 1, the upper housing part 2, the shaft 3, the flanged end walls 4 and 5, with glands 6 and external shaft bearings 7 on both sides and the drive with slip-on gear 8 and drive motor 9.
The continuously operating mixer kneader is longitudinally divided into two zones, which can be separated by a baffle plate 10 fastened in the housing. The generally liquid raw product is supplied through one or more nozzles 11 and 12 distributed over the length of the backmixing zone.
The product is discharged through the side connector 13.
In the back mixing part, the kneading arms 14 are fastened on the shaft 3, the kneading wings 15 of which are placed at an angle extend up to a short distance from the inner wall of the housing. The kneading arms 16 with the kneading wings 17 are offset and radially considerably shorter.
In the plug flow part, on the other hand, the disk segments 18 with kneading vanes 19 are not or only slightly offset, the axial spacing of the disks being different from that of the kneading arms in the first part.
The shaft can be heated or cooled. By supplying and returning the heat transfer medium by means of commercially available rotary unions 20 on both shaft ends and dividing the heating jackets 21, 22 on the housing, it is possible to provide two different heating / cooling zones.
The static counter-kneading elements 23 and 24 are arranged in two axially parallel rows. The cross sections I-II in Fig. 2 and III-IV in Fig. 3 show how the long counter-kneading elements 23, which cover the shaft and the inner part of the disks or the kneading arms, are fastened from the inside to the removable upper housing part. The short counter-kneading elements 24 sit in the lower housing part and coat the outer part of the disk segments or the kneading arms. You comb with the kneading blades 15 and 19 of the shaft. This leads to an intensive mixing and crushing effect in the product.
If the thickness of the bars of the counter-kneading elements 23 and 24 is reduced, an additional stirring blade 25 can be attached to the front edge of the disk segment 18, as shown in FIG. 3, which engages radially between 23 and 24.
4a, b show a variant of the plug flow part. Instead of the disk segments 18, hollow, heatable disk rings 26 are attached to the shaft, which carry attached kneading blades 27. The side surfaces of the rings 26 and the kneading vanes as well as the shaft are cleaned by a pair of static wipers 28, which are fastened in the upper part of the housing.
5a, b show a further embodiment variant in the plug flow part with staggered disc segment pairs 18 and finger pins 29 on the shaft, which mesh with the wipers 30 fastened in the upper part of the housing and thus ensure effective cleaning. The staggered arrangement of the discs counteracts a possible compression of the product, the back mixing is stronger.
The embodiment with radially pivotable counter-kneading elements 31 in the plug flow part is shown in FIGS. 6a, b. The shaft in turn carries disk segments 32 with kneading blades on the outside diameter. The counter-kneading elements 31 are fastened on a common longitudinal axis 33, which is pivoted back and forth by a certain angle by an outside piston 34 or eccentric by means of a lever 35. The stroke is mechanically limited on both sides in the piston. The longitudinal axis 33 is supported at both ends and in the intermediate sections in sliding bushes which are fastened in a U-shaped groove in the upper housing part, and is sealed to the outside by means of lip seals 36.