PROCESS AND APPARATUS FOR THE PREPARATION OF MIXTURES AND IN-LINE DOSAGE OF HARDLY MIXABLE COMPONENTS, FOR EXAMPLE WATER AND POLYMERS

Abstract: 1. Continuous process for the preparation of mixtures and in-line dosing of difficulty mixable components, such as for example water and polymers, in which the materials to be mixed are fed into at least one mixing cell, characterized in that both the materials cell provided with a turbine and consisting of a transparent material, whereby a gas or air cushion is formed which initially separates the materials to be mixed which are in the mixing cell fitted with a turbine or prevents direct contact with the dosage points, whereafter the final, intensive mixing takes place in a tubular mixer connected to the mixing cell.

Description: Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen und In-Line-Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Polymere Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen und In-Line Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Polymere. Es sind bereits Misch- und Dosiergeräte zur Herstellung der genannten Mischungen bekanntgeworden, wobei jedoch ausschliesslich die Zusammenführung der Mischgüter - maximal zwei Mischgüter ohne Gas-Luft-Zusatz - direkt und ohne Distanz stattfindet. Hierdurch werden, insbesondere in der Ruhestellung der Aggregate - sie arbeiten in der Regel diskontinuierlich, also nicht im In-Line-Betrieb -, die Mischgüter in ihrer Original- und noch nicht in veränderter physikalischer Form zu sammengebracht, wobei nicht mehr auflösbare Verbindungen ent stehen (bei direktem Kontakt PAA f H2 Q quellen die Produkte bis zum Vielfachen i hres Volumens auf), die später zu erheb zeichen Störungen führen, nämlich - am Aggregat selbst durch Verstopfen der Dosier-/Kon taktstel le, - durch Verschlechterung der Lösungsqualität, d. h. Klumpenbildung usw. Ausserdem werden die für manche Mischgüter notwendigen Reifezeiten mit den bisher bekannten Misch- und Dosieraggregaten über beispielsweise aufwendigen Zwischenbehältern und gross dimensionierten Pumpenaggregaten betrieben, wobei automatisch ein grosser Investitionsaufwand und Platzbedarf erforderlich wird. Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem in einem geschlossenen Ablaufsystem die Zuführung der Mischgüter sozusagen "kontaktlos" über ein Gasbeziehungsweise Luftpolster erfolgt, wodurch sich eine hohe Betriebssicherheit, ein tibersichtlicher Betriebsablauf, da die Mischzellen aus durchsichtigem, druckunempfindlichem Material bestehen, sowie eine In-Line-Dosierung - kontinuierlicher Betriebsablauf - mit allen Vorteilen gegenüber einem diskontinuierlichen Betriebsablauf ergeben. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird im Anspruch 2 eine Vorrichtung angegeben, welche darin besteht, dass eine oder zwei mit je einer Turbine ausgerüstete MischzelleZn mit je einer Zuleitung für ein erstes Mischgut, vorzugsweise 2o, und mit je einer Zuleitung für ein zweites Mischgut, vor zugsweise PAA in Emutsians- oder Dispersionsform, das über eine Förderpumpe gefördert wird, verbunden ist/sind, wobei mittels eines Injektors ein drittes, gasförmiges Mischgut zudosiert werden kann, und dass der Ausgang der Mischzelle/n mit je einem Rohrmischer iur intensiven Vermischung der Mischgüter verbunden ist. Mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht, dass infolge der kontaktlosen Zusammenführung der Mischgüter über Gas- beziehungsweise Luftpolster seibst bei funktionslosem Zustand der Vorrichtung durch Ausnutzung einfacher physikalischer Gesetze die Originalmischgüter sich niemals direkt berühren können, wodurch die bereits erwähnten erheblichen Störungen bekannter Anlagen ausgeschaltet werden. In den Llnteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäss Anspruch 2 beschrieben. Anhand der Zeichnungen sollen am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Prinzipschema einer Ausführungsform der Vor richtung gemäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Anordnungsschema der Mischzellen und Mess geräte der Vorrichtung gemäss Fig. 1. Fig. 3 zeigt im Prinzip die Anordnung von Reifezei len. Wie sich aus den Figuren ergibt, besteht die Vorrichtung gemäss der Erfindung im wesentlichen aus zwei Mischzellen t und 2, welche einzeln oder gemeinsam, je nach geforderter Durch satzmenge, befrieben werden können. Die Mischzellen sind über je eine Leitung 3, 4 mit einem Dreiwegeventil 5 zur Richtungswahl verbunden und dienen der Zuführung eines ersten, flüssigen Mischgutes, vorzugsweise H20. Ferner sind die Mischzellen mit je einer weiteren Zuleitung 6, 7 verbunden, die zur Zuführung eines zweiten Mischgutes, vorzugsweise flüssigem PAA, dient, weiches von einer nicht dargestellten Förderpumpe gefördert wird. Der Ausgang der Mischzellen t, 2 führt zu je einem Rohrmischer 8, 9, die mit den beiden Eingängen eines Dreiwegeventils 10 verbunden sind, dessen Ausgang über eine Leitung 11 und einen Durchflussmengenmesser 12 zur Ausgangsleitung 13 für die Lösung führt, die beispielsweise mit einem Magnetventil t4 oder einer Dosierpumpe 14' oder einer Reifestation 29 abgeschlossen ist. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind die beiden Mischzellen mit je einem Druckmesser 15, 16 versehen, und in der Ausgangsleitung 11 ist ein weiterer Ausgangsdruckmesser 17 angeordnet. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ermöglicht es, ein drittes, gasförmiges Mischgut, zum Beispiel Luft, dem ersten, und damit auch dem zweiten Mischgut zuzudosieren. Zu diesem Zweck ist ein Injektor 18 vorgesehen, dem über einen mit einem Durchflusswächter 19' versehenen Durchflussmengenmesser 19 und einen Eingangsdruckmesser 20 (Fig. 2) über eine Zuleitung 21 H20 zu- geführt wird. Gleichzeitig weist der Injektor 18 einen Einlass 22 auf, dem über eine Zuleitung 23 ein Gas, beispielsweise Luft, zugeführt werden kann, wobei über ein Vakuummeter 24 der Leistungsgrad des Injektors ständig abgelesen beziehungsweise mittels Durchflussmengenmesser 28 eingestellt werden kann. Der Ausgang des Injektors steht ferner mit dem Eingang des Drei weqeventils 25 in Verhindung, in dem die Mengen- und Richtungswahl eingestellt werden kann. Der Ausgang dieses Dreiwegeventils 25 steht mit dem Eingang des Dreiwegeventils 5 zur Richtungswahl in Verbindung. Ferner ist das Dreiwegeventi I 25 an die Zuführungsleitung 21 für H20 direkt angeschlossen. Zur Durchführung des Mischvorganges wird über die nicht dargestellte Förder- beziehungsweise Dosierpumpe das zweite Mischgut kontinuierlich den Mischzellen 1 und 2 mengenanteilig zum durchfliessenden ersten Mischgut zugegeben. Die Bestimmung der jeweiligen Mischzelle kann durch Einstellen des Dreiwegeventils 5 beziehungsweise 10 erfolgen. Zusätzlich zum ersten Mischgut, beispielsweise H2O, und damit auch zum zweiten Mischgut, kann ein drittes, gasförmiges Mischgut 3 über den Injektor 18 zudosiert werden. Durch Einstellen des Ventils 25 kann die Anlage mit oder ohne Injektor programmiert werden. Die Gas-Luft-Zuführung kann auch benutzt werden, um das Niveau in den Mischzellen zu regulieren, d. h. Vergrösserung des Luftpolsters mit dem Effekt, dass das Füllniveau abfällt und so beispielsweise eine günstigere Mischeffektivität zustande kommt. In der Mischzelle 1 und/oder der Mischzelle 2 werden die jeweiligen Mischgüter über Distanz zugeführt. Die primäre Vermischung oder Dispergierung erfolgt durch Rotation je einer oder beider in den Mischzellen vorgesehenen Turbine/n 26, 27, welche durch Druckdifferenz des ersten Mischgutes, vorzugsweise H20, erzeugt wird. Nach Vordispergierung des ersten, zweiten und/oder dritten Mischgutes in den Mischzellen wird mittels der statischen Rohrrnischer 8, 9 die intensive Vermischung der Mischgüter vervollständigt und über das Dreiwegeventil 10 und die Ausgangs leitung II dem Lösungsausgang zugeführt. Mittels des Durchflusswächters 12' am Durchflussmengenmesser 12 wird die vorgege bene Durchflussmenge der Lösung ständig kontrolliert. Mittels des Durchflusswächters 19' am Durchflussmengenmesser 19 wird die Durchflussmenge des ersten Mischgutes ebenfalls kontrolliert. Bei Abweichungen zum eingestellten Soll-Wert können entsprechende, nicht dargestellte Schaltungsvorgänge zum Beispiel Signal leuch- ten einschalten. Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass die Durchflussmenge des Gases, insbesondere der Luft, über den Durchflussmengenmesser 28 eingestellt werden kann. Die Antriebsmenge, das heisst der Wasserdurchlauf für den In jektor, kann primär über die Düsengrösse im voraus bestimmt beziehungsweise festgelegt werden Kleine Mengenänderungen sind zusätzlich am Ventil 25 einstellbar. Zur Durchführung der einzelnen Vorgänge des Mischens können nicht dargestellte elektrische Scha (tungsanordnungen vorgesehen sein. Es ist ferner möglich, an der Ausgangsleitung 13 nach dem Magnetventil 14 oder alternativ hierzu eine Dosierpumpe 14' vorzusehen. Schliesslich kann auch in der Ausgangsleitung 13 eine Reifestation 29 vorgesehen sein. Diese Reifestation ist bei einigen bilisch- gütern erforderlich, um die volle Wirksamkeit der Lösungen zu erzielen. Dabei erfolgt im Prinzip ein Zwangsumlauf der Lösung, um Reifezeit zu gewinnen. Bei den bisher bekannten An tagen waren u. ai. sehr grosse, voluminöse Reifebehälter erforderlich, weshalb ein offenes System mit zusätzlichen, ebenfalls gross dimensionierten Dosierpumpen usw. hingenommen werden musste. In weiterer Ausgestaltung der Erfinduny wird deshalb eine in Fig. 3 im Prinzip dargestellte Reifestation nachgeschaltet, die aus einer oder mehreren, im vorliegenden Fall drei, druckgeprüften Reifezellen 29 besteht, die als Reifezellenbatterie im Baukastensystem beliebig ab- oder angekoppelt werden können. Dabei können jeweils beim Ein- oder Ausgang der Zellen Druckmesser 30 vorgesehen sein. Der Ausgang 31 enthält dann die gereifte Mischung, die zum Endverbraucher beziehungsweise zu einer nochmal igen Nachverdünnungsstation führt. Zur Durchftthrung des Verfahrens gemäss der Erfindung können zur Einhaltung der Lösungskonzentrationen oder Mengenanteile der einzelnen Mischgüter Durchflusswächter 12', 19' mit beispielsweise elektromagnetischer Funktion an den Durchflussmengenmessern 12, 19 installiert werden. Bei Abweichungen vom Soll-Wert werden elektrische Impulse erzeugt, die in nicht dargestellten Schaltungsanordnungen elektrische Schal tvorgänge herbeiführen, zum Beispiel eine Warnanlage einschalten.

Claims: P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zur Herstellung von Mischungen und In-Line-Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Poly niere, bei welchem die Mischgüter mindestens einer Mischzelle zu geführt: werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Mischgüter in der mit einer Turbine versehenen Mischzel le über ein die Mischgüter zunächst trennendes besiehungsweisc die direkte Berührung der Dosiersteilen vermeidendes Gas- oder Luftpolster zusammengeführt werden, worauf die endgültige, inten sive Vermischung in einem an die Mischzelle angeschlossenen Rohr mischer erfolgt. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder zwei mit je einer Turbine (26, 27) ausgerüstete Mischzelle/n (1, 2) mit je einer Zuleitung (3, 4), vorzugs weise H2O, und mit je einer Zuleitung (6, 7) für ein zweites Mischgut, vorzugsweise PAA in Emutsions- oder Dispersions form, das über eine Förderpumpe gefördert wird, verbunden ist/sind, wobei mittels eines Injektors (18) ein drittes7 gas förmiges Mischgut, zum Beispiel Luft, dem ersten, und damit auch dem zweiten Mischgut zudosiert werden kann, und dass der Ausgang der Mischzelle/n mit je einem Rohrmischer (8, 9) zur intensiven Vermischung der Mischgüter verbunden ist 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h 9 e k e n n 7 e i c h n e t dass wobei Verwendung von zwei Mischzellen (1, 2) die Leitungen (3, 41 für die Zuführung des ersten, flüssigen Mischgutes, leispielsweise 110, und des dritten, gasförmigen Mischgutes, beispielsweise Luft, mit den beiden Ausgängen eines Dreiwegeventils (5) verbun den sind, dessen Eingang mit dem Ausgang eines weiteren Dreiwegevent Is (25) zur Mengen- und Richtungswahl des ersten Mischguts verbunden ist, dessen erster Eingang mit einem Injektor (18) zur Zudosierung des gasförmigen drit ten Mediums, beispielsweise Luft, verbunden ist, wobei die Luft durch einen Durchflussmengenmesser t28) über eine Lei tung (23) mit dem Injektor (t8) in Verbindung steht und des sen zweiter Eingang zur Dosierung des ersten Mischguts mit einem Durchflussmengenmesser (19) über eine Leitung (21) verbunden ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 1 dass die beiden Rohrmischer (8, 9) mit den beiden Eingängen eines weiteren Dreiwege ventils (10) zur Richtungswahl in Verbindung stehen, dessen Ausgang über eine Leitung (11) und einen Durchflussmengen- messer (12) mit der Ausgangsleitung (t3) für die Lösung in Verbindung steht, die beispielsweise durch ein Magnet ventil tf4), einer Dosierpumpe (14'r oder einer Reifestation (29t abgeschlossen ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d ü r c h g e k e n n z e i c h n e t ,. dass an den Mischzellen (1, 2) Druckmesser (15, 16) vorgesehen sind. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass am Eingang (22) des Injektors (18) ein Vakuummeter (24) in der Luft-Gas-Zuführlei tung (23) vorgesehen ist. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Feststellung des Drucks der in der Ausgangsleitung (11) befindlichen Lösung ein Ausgangsdruckmesser (17) in dieser Leitung vorgesehen ist. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t > dass an der Eingangsseite des Durchflussmengenmessers (19) für das zugeführte erste Mischgut (H20) ein Eingangsdruckmesser (20) vorgesehen ist. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e dass sich in der Ausgangsleitung (13) nach dem Magnetventil (14) oder alternativ hierzu eine Dosiernumpe (14') be findet. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich an der Ausgangsleitung (13) eine aus einem oder mehreren Reifebehältern (29) bestehende Reifestation befindet, wobei die einzelnen Reifebehälter (29) im Baukastensystem beliebig ab- oder angekuppelt werden können. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e dass zur Einhaltung der Lösungskonzentrationen oder Mengen anteile der einzelnen Mischgüter Durchflusswächter (12', 19') mit beipsielsweise elektromagnetischer Funktion an den Durchflussmengenmessern (12, 19) installiert sind, die mit elektrischen Schaltungen verbunden sind, um bei Abweichun gen vom Soll-Wert zum Beispiel eine Warnanlage auslösende Impulse erzeugen.

Inventors: RAAK, JURGEN, Raak, Jürgen
Applicants: ALLIED COLLOIDS MANUFACTURING GMBH
Application year: 1983
Main classification: B01F3
IPC codes: B01F3