-
Verfahren und Vorrichtung zum Zumessen eines flüssigen Zusatzstoffes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Apparatur zum Zumessen eines
flüssigen Zusatzstoffes unter Druck zu einer laminar strömenden Flüssigkeit mit
einem Verfestigungspunkt, der höher liegt als derjenige des Zusatzstoffes.
-
Wenn man einen flüssigen Zusatzstoff unter Druck einer Flüssigkeit
zumischt, welche laminare Strömung aufweist, sind im allgemeinen keine Schwierigkeiten
zu erwarten, wenn sowohl der Zusatzstoff als auch die Flüssigkeit mit laminarer
Strömung hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit, Flüssigkeitsdruck und Stromlinienbild
vollständig konstant bleiben. In der Praxis treten aber solche ideale Bedingungen
niemals für unbeschränkte Zeit auf. Wenn die idealen Bedingungen des Zumischens
unter Druck Abweichungen unterworfen sind, besteht die Gefahr von Störungen in dem
Zumeßprozeß. Eine mögliche Abweichung, welche zu ernstlichen Störungen führen kann,
ist ein zeitweiliger Druckabfall in dem Zusatzstoff gegenüber dem Druck der laminar
fließenden Flüssigkeit. In diesem Fall kann der Zusatzstoff zurückgedrängt werden,
und Flüssigkeit aus dem Hauptstrom kann in die Zuführungsleitung für den Zusatzstoff
gelangen, wo sie Verschmutzung hervorrufen kann. Die Situation wird jedoch noch
schlimmer, wenn die durchgedrungene Flüssigkeit sich abkühlt und sich in der Zufuhrleitung
für den Zusatzstoff bzw. in Hilfsvorrichtungen oder Pumpen, welche in dieser angeordnet
sind, verfestigen.
-
Dies kann zu ernstlichen Verstopfungen des Rohrsystems für den Zusatzstoff
führen. Es muß bemerkt werden, daß - obwohl in den meisten Fällen das Eindringen
von Flüssigkeit aus dem Hauptstrom in das Rohrsystem für das Zusatzmittel einem
Druckabfall zugesprochen werden muß - ein solches Eindringen auch andere Ursachen
haben kann.
-
Dies ist einer der Gründe, warum eine früher vorgeschlagene Lösung
des Problems nicht befriedigend erschien. Diese Lösung bestand darin, daß am Ende
der Zuführungsleitung für den Zusatzstoff dieser durch ein Ventil strömen mußte,
welches sich bei einem Druckabfall im Zusatzstoff schließen sollte.
-
Ein Nachteil der vorerwähnten Lösung des Problems besteht darin,
daß es unerwünscht ist, einen zusätzlichen Mechanismus in der Zuführungsleitung
für den Zusatzstoff Z l haben, und daß außerdem besonders hohe Drücke erforderlich
sind, um das Ventil offen zu halten, und daß das Ventil leicht durch Anhäufung von
Schmutz verstopft wird. Alle diese Nachteile treten nicht auf, wenn das Verfahren
gemäß der Erfindung angewandt wird.
-
Die Erfindung besteht darin, daß der Zusatzstoff in den flüssigen
Strom mit Hilfe eines sich ausweitenden
Kanals eingeführt und daß der Kanal so weit
gekühlt wird, daß am engsten Ende die Temperatur niedriger ist als der Schmelzpunkt
der laminar fließenden Flüssigkeit.
-
Der Effekt dieser Arbeitsweise ist folgender: Wenn aus irgendeinem
Grunde Flüssigkeit aus dem Hauptstrom in die Zuführungsleitung für den Zusatzstoff
eindringt, muß sich der Strom der eindringenden Flüssigkeit in Richtung auf das
engste Ende des Zuführungskanals des Zusatzstoffes verengen. Gleichzeitig wird die
eindringende Flüssigkeit abgekühlt, so daß im vordersten Teil derselben die Temperatur
unter dem Schmelzpunkt der Flüssigkeit liegt. In diesem Punkt verfestigt sich die
Flüssigkeit zu einem Pfropfen, welcher durch die nachfolgende Flüssigkeit fest gegen
die Kanalwandung gepreßt wird. Der Pfropfen schließt also die Zuführungsleitung
für den Zusatzstoff, so daß die Flüssigkeit des Hauptstromes nicht weiterfließen
kann. Infolgedessen wird verhindert, daß diese Flüssigkeit Ventile, Pumpen u. dgl.
erreicht.
-
Wenn dann der Druck des Zusatzstoffes wiederum ansteigt, stößt der
Zusatzstoff den Pfropfen aus verfestigter Flüssigkeit durch den sich ausweitenden
Kanal vorwärts, und der Pfropfen wird wieder schmelzen.
-
Da der Kanal, in dem der Pfropfen vorlag, eine sich ausweitende Form
aufweist, erfolgt das Vorwärtsstoßen des Pfropfens ohne jede Schwierigkeit.
-
Es ist gefunden worden, daß auf diese Weise die Zuführungsleitung
für den Zusatzstoff vollkommen gegen Verstopfen geschützt wird, was auch der Grund
dieser Verstopfung gewesen sein mag.
-
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung
der oben beschriebenen Arbeitsweisen. Diese umfaßt eine Leitung für den Hauptstrom,
eine Nebenleitung für den Zusatzstoff, welche in die Hauptleitung mündet, und eine
Zumeßpumpe und/oder ein Regelventil in der Nebenleitung, wobei diese Nebenleitung
eine solche Form hat, daß sie sich gegen ihre Mündung zu und über einen Teil ihrer
Länge ausweitet und welche mindestens in der Nähe des Punktes, wo die Leitung sich
aufzuweiten beginnt, mit einem Kühlsystem verbunden ist. Das Kühlsystem kann einen
Kühlmantel oder ein System von Kühlrippen oder Kühlflächen aufweisen und außerdem
so ausgebildet sein, daß das Heizsystem, welches rund um den Restteil des Apparates
vorgesehen ist, sich nicht über den sich ausweitenden Teil der Leitung erstreckt.
-
Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung wird diese nachstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, welche eine Vorrichtung zum Zumessen eines
Zusatzstoffes darstellt.
-
Das Bezugszeichen 1 bezieht sich auf das zylindrische Gehäuse eines
Flüssigkeitsmischers (von dem nur ein Teil dargestellt ist), durch welches eine
heiße. viskose Flüssigkeit in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene geführt
wird. Bei einerAnwendungsform des Apparates besteht die Flüssigkeit aus einer Schmelze
eines Nylonpolymeren. Der Zylinder ist von dem Mantel 2 umgeben. Zwischen Zylinder
1 und Mantel 2 kann ein Heizmittel umgeführt werden. Flüssigkeitsdicht in den Zylinder
1 und durch den Manteil 2 ist eine Buchse 3 mit Flansch 4 eingesetzt. In diese Buchse
kann der zylindrische untere Teil des durchbohrten Gehäuses 5 eingesetzt sein. Die
Bolzen 6 und 7 dienen zur Befestigung dieses Gehäuses mit seinem Flansch an dem
Flansch 4 der Buchse 3, wobei ein Ring 23 aus Dichtungsmaterial zur Erzielung eines
flüssigkeitsdichten Abschlusses dient. In die Bohrung des Gehäuses 5 ist ein Rohr
8 eingepreßt.
-
Durch das Rohr 8 läuft ein Kanal9, dessen obere Hälfte schwach konisch
ist. Am oberen Ende ist das Rohr 8 als Ventilsitz 10 für ein Nadelventil 13 ausgebildet.
Im oberen Teil des Gehäuses 5 sind eine Zuführungsleitung 11 und eine Uberlaufleitung
12 angeordnet. Das Nadelventil 13 wird in der Bohrung des Gehäuses 5 durch drei
Rippen 14 geführt. Durch genügend hohes Anheben des Nadelventils 13 mit seinem Stößel
17 wird die Rückseite des Nadelventils flüssigkeitsdicht gegen den Sitz einer Ventilstößelführung
15 gedrückt. Die Ventilstößelführung 15 wird in dem Gehäuse 5 mittels einer Schraube
gehalten, wobei ein Ring 25 aus Dichtungsmaterial einen flüssigkeitsdichten Abschluß
bildet. Die Ventilstößelführung 15 ist auch mit vier Durchlässen 16 versehen, so
daß bei der niedrigsten Stellung des Nadelventils die Überlaufleitung 12 mit der
Zuführungsleitung 11 in Verbindung steht.
-
Der Ventilstößell7 kann durch ein Handrad 22 gehoben und gesenkt
werden. Zu diesem Zweck sind sowohl der Ventilstößel 17 als auch die Ventilstößelführung
mit Gewinden 18 versehen.
-
Der Ventilstößel 17 ist in bekannter Weise flüssigkeitsdicht montiert
mit Hilfe der Packungsringe 19, einer Stopfbüchse 20, einer Stopfmutter 21, welche
Mutter auf die Ventilstößelführung 15 aufgeschraubt werden kann.
-
Wenn sich das Nadelventil 13 in seiner niedrigsten Stellung befindet,
kann beispielsweise eine Pigmentdispersion durch ein (nicht gezeichnetes Pumpensystem)
unter Druck durch die Leitungen 11 und 12 geführt werden. In ähnlicher Weise kann
ein Trennmittel oder ein Weichmacher durch diese Leitungen geführt werden.
-
Wenn das Nadelventil dann in seine höchste Stellung gehoben wird,
wird die Überlaufleitung 12 abgeschlossen, und der Zusatzstoff fließt durch den
sich konisch erweiternden Kanal in den Zylinder 1, wobei er einen in diesem Kanal
vorhandenen Pfropfen aus Polymerem vorwärtsstößt. Es ist offensichtlich, daß zu
diesem Zweck der auf den Zusatzstoff ausgeübte Druck ausreichend hoch sein muß.
Der Kanal 9 ermöglicht nun den Hindurchfluß des Zusatzstoffes, welcher darauf in
den Zylinder 1 fließen und sich mit der polymeren Schmelze vermischen kann.
-
Wenn, beispielsweise infolge eines Druckabfalls in dem Zusatzstoff,
Polymeres in den Kanal 9 eindringen sollte, verfestigt sich das Polymere zu einem
Pfropfen in dem konischen Kanalabschnitt. Es ist klar, daß dies der Tatsache zuzuschreiben
ist, daß der genannte Kanalabschnitt außerhalb des Heizmantels 2 angeordnet ist
und daß die Wandung dieses Kanalabschnittes ihre Wärme an das Gehäuse 5 abgibt,
von welchem nur ein sehr geringer Teil der Oberfläche erhitzt wird.
-
Um das Gehäuse 5 so gut als möglich gegen die erhitzte Buchse zu
isolieren, ist das Gehäuse außerdem auf einem großen Teil seiner Wandung, welcher
in die Buchse 3 hineinreicht, ausgefräst, wodurch ein Raum 24 gebildet wird.
-
Bei einer anderen (nicht dargestellten) Verkörperung der erfindungsgemäßen
Apparatur ist der obere Teil des Gehäuses 5 mit einem Kühlmantel oder mit Kühlrippen
versehen, so daß die Temperatur des Kanals 9 auf jeden gewünschten Wert eingestellt
werden kann.
-
Der Pfropfen aus verfestigtem Polymeren schließt den Kanal 9 ab,
so daß das Polymere nicht weiter eindringen kann. Wenn dann der Druck des Zusatzstoffes
wiederum ansteigt, verursacht die konische Form des Kanals ein Zurückpressen des
Pfropfens in den Zylinder 1 ohne jede Schwierigkeit.