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DE2513492A1 - Frothing-verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung desselben - Google Patents

Frothing-verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

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DE2513492A1
DE2513492A1 DE19752513492 DE2513492A DE2513492A1 DE 2513492 A1 DE2513492 A1 DE 2513492A1 DE 19752513492 DE19752513492 DE 19752513492 DE 2513492 A DE2513492 A DE 2513492A DE 2513492 A1 DE2513492 A1 DE 2513492A1
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DE
Germany
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mixing chamber
mixing
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prothing
pressure
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Dietrich Muehle
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Description

Br. 1.L.:. ;-:·.-:
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THE UPJOHN COMPANY
Kalamazoo, Michigan 49001 (USA) 26. MÜH 1975
Prothing-Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben
Die Erfindung betrifft ein Frothing-Verfahren zum Vermischen eines flüssigen !Treibmittels mit niedrigem (Siedepunkt mit weiteren Komponenten zur Herstellung von Schaumstoff, inbesondere Polyurethan. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Mischkopf zur Hochdruckvermischung der Hauptkomponenten in. einer Mischkammer.
Bei diesem Verfahren hat ein Teil des Treibmittels niedrigen Siedepunkt und verdampft sofort nach der nur unter hinreichend hohem Druck möglichen Vermischung der einzelnen Komponenten in einer Verschäumungsmaschine. Sobald beim Austritt der Mischung aus der Maschine eineDruckentlastung eintritt, verdampft der entsprechende Anteil des Treibmittels und es bildet sich unmittelbar beim Austritt aus der Mischkammer und noch bevor es zu einer Reaktion der Komponenten gekommen ist, ein "vorverschäumtes", sahniges Produkt, das "froth" genannt wird.
Der Rest des Treibmittels verdampft erst bei einer höheren Temperatur, bei der auch die Hauptkomponenten reagieren. Damit tritt eine weitere Expansion des "vorverschäumten" Produktes · zum festen Schaumstoff ein. Durch Anwendung des "frothing-" Verfahrens wird der Schäumprozess demnach in zwei Stufen aufgeteilt.
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Die besondere Schwierigkeit dieses Verfahrens liegt bei der Vermischung des Treibmittels mit den übrigen Komponenten, die unter hinreichend hohem Druck erfolgen muss. Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem das Treibmittel unmittelbar vor dem Mischkopf in die Zuführleitung einer Hauptkomponente eingespeist wird. Nachteilig daran ist jedoch, dass damit eine Rezirkulation in den Schußzwischenzeiten ausgeschlossen wird, da dadurch eine Treibmittelanreicherung in dem Vorratsbehälter der betreffenden. Hauptkomponente, z.B. für Polyol, entsteht.
Eine direkte Einspeisung des TreibmitteIsin den Mischkopf ist ebenfalls nicht möglich, da eine Niederdruckeinspeisung gegen den in der Mischkammer herrschenden Hochdruck ausgeschlossen ist und eine Hochdruckeinspeisung, bedingt durch den niedrigen Siedepunkt des Treibmittels, zur explosionsartigen Ausdehnung führt.
Eine Einspeisung des Treibmittels in die direkte Verlängerung der Mischkammer ist ebenfalls nicht möglich, da dies eine zu hohe Beschleunigung deB bereits gemischten Komponenten stromes zur Folge hätte. Die Zumischung des Treibmittels würde dadurch erschwert und die aus giesstechnischen Gründen begrenzte Austrittsgeschwindigkeit übertroffen werden. Eine Vergrösserung der gesamten Mischkammer ist aus mielhtechnischen Gründen nicht möglich.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit dem das Treibmittel den Hauptkomponenten zugemischt werden kann, ohne dass vorgenannte Nachteile auftreten. Weiterhin soll eine Mfr tung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
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Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Hauptkomponenten unter hohem Druck in eine erste Mischkammer eingedüst"werden und das Reaktionsgemisch in eine zweite, in einem Winkel zur ersten verlaufende Mischkammer grösseren Querschnitts strömt, wo das Treibmittel im Bereich der
Mündung der ersten in die zweite Mischkammer mit niedrigerem Druck zudosiert wird. Da die zweite, in einem Winkel zur
ersten verlaufende Mischkammer ohne weiteres mit grösserem Querschnitt ausgelegt werden kann und durch diese Anordnung das Einspeisen des Treibmittels unmittelbar an der Querschnittserweiterung ermöglicht wird, kann bei entsprechender Wahl des Querschnittsverhältnisses zwischen erster und zweiter Mischkammer die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgemisches auch nach Zudosierung des Treibmittels gleichgehalten werden. Die zweite Mischkammer dient gleichzeitig als Beruhigungsstrecke .
Vorzugsweise ist die zweite Mischkammer in einem Winkel von 90° zur ersten Mischkammer angeordnet. Ein Ausstossen des Restgemisches aus der ersten Mischkammer wird dadurch erleichtert.
Das Treibmittel wird vorteilhaft gegen den Strom des aus
der ersten Mischkammer kommenden Reaktionsgemisches zugegeben.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist in der ersten Mischkammer ein Kolben dichtend geführt, der beim Zurückfahren die Eintrittsöffnung für die unter Hochdruck stehenden Hauptkomponenten freigibt und .der nach Schußende die
ganze Länge der ersten Mischkammer ausfährt, worauf ein zweiter, in der zweiten Mischkammer dichtend geführter Kolben unter Verschliessung der Eintrittsöffnung für das Treibmittel
.ebenfalls über die ganze länge der zweiten
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Mischkammer ausfährt und das Reaktionsgemisch ausstößt. Die Kolben haben somit zwei !"unktionen, einerseits die eines Schließkörpers für die Eintrittsöffnungen der Komponenten und weiterhin die eines Stößels, mit dem nach Schußende eine vollständige und schnelle Reinigung der Mischkammern möglich ist. Bei bekannten Verfahren geschieht dies unter Einsatz von Spülluft, mit der keine exakte Säuberung der Mischkammer möglich ist, was zu einem allmählichen Zusetzen der Mischkammer durch Rückstände führt.
Das Verfahren kann in einer Vorrichtung mit einem Mischkopf zur Hochdruckrermischung der Hauptkemponenten in einer Mischkammer durch geführt werden, wobei die Mischkammer in eine rechtwinkelig zur ersten Mischkammer angeordnete zweite Mischkammer größeren Querschnitts mündet und die Eintrittsöffnung für das Treibmittel im Bereich der Mündung angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen«
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Systems liegen darin, daß es in den Stillstandszeiten eine Rezirkulation der Komponenten erlaubt, daß nach Schußende ein sauberes Ausstoßen der Rückstände des Reaktionsgemisches erfolgt, und daß weder Spülluft, noch ein gesondertes Beruhigungsstück benötigt werden« Da die zweite, um 90° versetzt zur ersten angeordneten Mischeinheit im Prinzip der ersten entsprechen kann, ist eine besonders wirtschaftliche Fertigunf möglich.
Der zweite Mischkopf kann auch abgenommen werden, so daß eine Verwendung des ersten Mischkopfes in bekannter Art und Weise möglich ist.
Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschriebene Die Fig« 1 zeigt eine
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schematische Seitenansicht der Vorrichtung, wobei die hinsichtlich der Erfindung wichtigen Teile im Querschnitt dargestellt sind.
Wie in der Figur gezeigt ist, besteht die Vorrichtung aus einem ersten bekannten Mischkopf 1 zur Hochdruckvermischung zweier Rohstoffe, beispielsweise Polyol und Isocyanat im Falle der Herstellung von Polyurethanschaumstoffο Im Inneren des Mischkopfes 1 befindet sich eine zylinderförmige Mischkammer 2, in deren Wandung einander diametral gegenüberliegend Eintrittsöffnungen bzw. Düsenöffnungen für die Komponenten angeordnet sind. Diese zirkulieren, von den Hochdruckpumpen kommend durch Vordruckkammern 4, 6. Der Austrittsquerschnitt der Düsenöffnungen kann über Ventilkegel 8, 10 gesteuert werden. Die Ventilkegel werden von Steuerdruck beaufschlagten Kolben betätigt, deren Endlage durch eine Stellschraube 10 verändert werden kann, womit der Ausströmdruck auf einen bestimmten Maximalwert begrenzbar ist. In der Mischkammer 2 ist ein Kolben 12 dichtend verschieblich geführt, der von einem Hydraulikzylinder 14 betätigt wird. In seiner zurückgezogenen Stellung gibt er die Eintrittsöffnungen dor Komponenten frei und bildet die hintere Begrenzung der Mischkammer. In seiner ausgefahrenen Stellung erstreckt er sich über die gesamte Länge der Mischkammer 2 und verschließt damit auch die Eintrittsöffnungen.
Rechtwinkelig zum ersten Mischkopf 1 ist ein zweiter Mischkopf 16 angeordnet. Er entspricht in seinem Aufbau im Prinzip dem Mischkopf 1. Seine Befestigung am Mischkopf 1 ist nicht gezeigt, sie kann aber beispielsweise durch Schrauben erfolgen.
Im Inneren dos Mischkopfes 16 befindet sich wieder eine ähnlich der ersten Mischkammer 2 aufgebaute zweite Mischkammer 18, in welche die Mischkammer 2 rechtwinkelig bzw. radial einmündet. In Fortsetzung der Längsachse der Mischkammer 2 ist in dor Wandung von Mischkammer 18 die Eintrittsöffnung für das Treibmittel angeordnet. Das Treibmittel zirkuliert wie auch die Hauptkomponenten in einer Vordruckkammer 20. Die Eintrittsöffnung in die Mischkammer 18 wird von einem
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Ventilkegel 22 überwacht, der von einem Steuerdruck beaufschlagten Kolben betätigt wird. Der Endausschlag des Kolbens ist mit einer Stellschraube 24 veränderbare Die Mischkammer 18 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet, hat jedoch einen größeren Querschnitt als die Mischkammer 2. In der Mischkammer 18 läuft ebenfalls ein dichtend geführter Kolben 26, der von einem Hydraulikzylinder 28 betätigt wird. In seiner hinteren bzw«, eingefahrenen Stellung bildet der Kolben 26 die rückwärtige Begrenzung der Mischkammer, in seiner vorderen bzwo ausgefahrenen Stellung füllt er die gesamte Mischkammer 18 aus und verschließt die Eintrittsöffnung für das Treibmittel«, Die Mischkammer 18 endet in einem aus dem Mischkopf 16 seitlich herausragenden Stutzen 30, der zur Aufnahme des Einfüllansatzes einer form ausgebildet sein kann.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt. Die Komponentenströme zirkulieren, von den Hochdruckpumpen kommend in den Vordruckkammern 4 und 6. Nachdem die Rücklaufleitungen durch Ventile geschlossen worden sind, baut sich im ganzen System der volle Pumpendruck auf. flun bewegen sich die Ventilkegel 8 und 10 zurück und geben die Eintrittsöffnungen frei. Der durch den Hydraulikzylinder 14 betätigte Kolben 12 fährt in seine hintere Endstellung zurück und gibt die Eintrittsbohrungen zur Mischkammer 2 frei. Die Komponenten prallen aufeinander und bilden eine homogene Mischung.
Das Reaktionsgemisch strömt in die zweite Mischkammer 18, wo dem in die Kammer radial eintretenden Strom das !Treibmittel genau entgegengesetzt zu dessen Strömungsrichtung zugegeben wird. Durch diese Art der Einleitung wird ebenfalls eine gute Vermischung sichergestellte
Da der Querschnitt der zweiten Mischkammer größer iat, als derjenige der ersten Mischkammer 2 tritt beim Eintritt des Stromes in Mischkammer 18 eine Verlangsamung bzw« Beruhigung und Druckabsenkung ein. Das Treibmittel kann daher mit niedrigerem Druck zugegeben werden» Die Querschnittsverhältnisse können so gewählt werden, daß die Ge-
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2 b 1 3 A 9 2
schwindigkeit des Reaktionsgemisches in Mischkammer 18 durch das expandierende Treibmittel nicht wesentlich über der in Mischkammer 2 herrschenden Geschwindigkeit liegt. Über Stutzen 30 tritt das "vorgeschäumtellReaktionsgemisch aus bzw. wird in eine Form eingefüllto Die Mischkammer 18 dient gleichzeitig zur Strömungsberuhigung, so daß die gesonderte Anbringung einer Beruhigungsstrecke entbehrlich ist ο
Nach Ende des Schußes fährt Kolben 12 aus, verschließt dabei die Eintrittsöffnungen der Hauptkompenenten und schiebt alle in Mischkammer 2 befindlichen Materialreste in die Mischkammer 18» Darauf fährt auch Kolben 26 nach unten, verschließt die Eintrittsöffnung für das Treibmittel und schiebt alle in Mischkammer 18 verbliebenen Materialreste durch den Stutzen 30 nach außen. In dieser Zeit schließt Ventilkegel 22 die Eintrittsöffnung für das Treibmittel, so daß Kolben 26 unmittelbar nach dem Ausschieben wieder in seine obere Ruhelage zurückkehrt. Die Vorrichtung ist somit für einen nächsten Arbeitstakt wieder voll einsatzfähig.
Es ist möglich, in einer anderen Ausführungsform der Verrichtung den Winkel zwischen den beiden Mischkammern nicht genau 90 , sondern abweichend davon zu wählen. Eine solche Ausführungsform ergibt jedoch keine so gute Vermischung des Reaktionsgemisches mit dem Treibmittel und wird daher als der gezeigten Vorrichtung unterlegen angesehen«, Die Erfindung soll jedoch eine solche in diesem Punkt verschlechterte Ausführungsform mit umfassen.
Patentansprüche; - 8 -
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    .) Prothing-Verfahren zum Vermischen eines flüssigen Treibmittels mit niedrigem Siedepunkt mit weiteren Komponenten zur Herstellung von Schaumstoff, insbesondere Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponenten unter hohem Druck in eine erste Mischkammer eingedüst werden und das Reaktionsgemisch in eine zweite, in einem Winkel zur ersten verlaufende Mischkammer grösseren Querschnitts strömt, wo das Treibmittel im Bereich der Mündung der ersten in die zweite Mischkammer mit niedrigerem Druck zudosiert wird.
  2. 2. Prothing-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Mischkammer in einem Winkel von 90° zur ersten Mischkammer verläuft.
  3. 3· Prothing-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel gegen den Strom des aus der ersten Mischkammer kommenden Eeaktionsgemisches zugegeben wird.
  4. 4. Prothing-Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der ersten Mischkammer dichtend geführter Kolben beim Zurückfahren die Eintrittsöffnungen für die unter Hochdruck stehenden Hauptkomponenten freigibt und nach Schußende die ganze Länge der ersten Mischkammer ausfährt, worauf ein zweiter, in der zweiten Mischkammer dichtend geführter Kolben unter Verschliessen der Eintrittsöffnung für das Treibmittel eben falls über die ganze Länge der zweiten Mischkammer ausfährt und das Reaktionsgemisch ausstößt.
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  5. 5· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4-, mit einem Mischkopf zur Hochdruckvermischung der Hauptkomponenten in einer Mischkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (2) in eine etwa rechtwinkelig zur ersten angeordnete zweite Mischkammer grösseren Querschnitts mündet, und die Eintrittsöffnung für das Treibmittel im Bereich der Mündung angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Mischkammern (2, 18) Zylinder sind, In denen Kolben (12, 26) dichtend geführt sind, die zwischen einer Stellung, in welcher sie den gesamten Zylinderraum ausfüllen und einer zurückgezogenen Stellung verfahrbar sind.
  7. 7- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (12, 26) in ausgefahrener Stellung die Eintrittsöffnungen für die zu vermischenden Komponenten verschliessen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der zweiten Mischkammer als Stutzen (i?0) zum Anschluss an eine Form ausgebildet ist.
  9. 9· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Eintritteöffnung für das Treibmittel in der zweiten Mischkammer (18) in Verlängerung der Achse der ersten Mischkammer (2) angeordnet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
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    Mischkammer (18) eine bestimmte, als Beruhigungsstrecke dienende LängserStreckung hat.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Mischkammer (18) in einem Mischkopf (16) befindet, der am ersten Mischkopf (1) lösbar befestigt ist.
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