AT1956U1

AT1956U1 - Einrichtung zum homogenisieren und dispergieren von flüssigen phasen

Info

Publication number: AT1956U1
Application number: AT0056396U
Authority: AT
Original assignee: Voith Ag J M
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-02-25
Also published as: EP0832682A1

Abstract

Bei einer Einrichtung zum Homogenisieren und Dispergieren von flüssigen Phasen oder von Feststoffen in Flüssigkeiten mit einem Mischbehälter (1) und einem als Rotor ausgebildeten Mischwerkzeug (9), welches um eine Achse rotierbar und in Richtung seiner Achse verschiebbar gelagert und mit einem Antrieb verbindbar ist, ist ein gemeinsam mit dem Rotor in Richtung der Achse verschiebbares, plattenförmiges Element (14) vorgesehen, welches sich unter Ausbildung eines Spaltes (16) im wesentlichen parallel zur Rotationsebene des Rotors (9) erstreckt und Durchbrechungen (15) aufweist. Das plattenförmige Element (14) ist an der Innenwand des Behälters dichtend oder unter Ausbildung eines Drosselquerschnittes geführt und in seiner Drehlage gesichert oder mit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors verschiedener Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung in einem einstellbaren axialen Abstand vom Rotor (9) mit einem Antrieb für einen axialen Hub verbunden.

Description

AT 001 956 Ul

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Homogenisieren und Dispergieren von flüssigen Phasen oder von Feststoffen in Flüssigkeiten mit einem Mischbehälter und einem als Rotor ausgebildeten Mischwerkzeug, welches um eine Achse rotierbar und in Richtung seiner Achse verschiebbar gelagert und mit einem Antrieb verbindbar ist. Für die Herstellung von Dispersionen mit niedriger oder mittlerer Viskosität werden üblicherweise diskontinuierliche Verfahren angewandt, bei welchen vordosierte Komponenten in einem Behälter vorerst mittels langsam laufender Mischwerkzeuge eingemischt und anschließend durch schnell laufende Dispergierwerkzeuge dispergiert und homogenisiert werden. Eine wesentliche Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, alle Stellen des Mischbehälters mit gleicher Intensität zu erfassen. Aus diesem Grunde werden die Mischwerkzeuge beispielsweise bei Planetendissolvern durch ein aufwendiges Antriebssystem im Mischbehälter zusätzlich zu ihrer Bewegung um ihre eigene Mischwerkzeugachse über den Querschnitt des Mischbehälters bewegt. Darüber hinaus sind bekannte Mischaggregate mit zum Teil beweglichen Dissolverscheiben ausgerüstet, um nach dem Homogenisieren die festen oder flüssigen Zusatzstoffe feinst zu dispergieren. Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei welchen der Inhalt des Mischbehälters durch eine externe Umwälzpumpe durch ein Dispergieraggregat gefördert wird.

Alle bekannten Einrichtungen erlauben keinen gezielten Durchlauf des Mediums durch die Misch- bzw. Dispergierwerkzeuge und es erfolgt eine lediglich statistische Erfassung des Mediums, wodurch für einen guten Dispergiereffekt eine entsprechend lange Mischzeit erforderlich wird. Durch die komplizierte Form der Mischwerkzeuge und den relativ großen Abstand der Mischwerkzeuge von den Behälterwänden gestaltet sich auch die Entleerung der Mischaggregate schwierig und unvollständig, sodaß eine aufwendige Reinigung erforderlich ist.

Aus der EP-Bl 0 196 291 ist bereits ein Mischaggregat bekannt geworden, bei welchem ein Mischgefäß in einen Bodenteil und einen Deckelteil unterteilt ist. Im Deckelteil ist hier eine Preßplatte dicht geführt. Durch die Preßplatte erstreckt sich 2 AT 001 956 Ul ein als Rotor ausgebildetes Mischwerkzeug, welches längs seiner Rotationsachse axial verschieblich im Mischbehälter geführt ist. Der Mischvorgang wird ausschließlich durch das Mischwerkzeug bewerkstelligt, und die im Deckelteil dichtend geführte Preß-platte dient dem anschließenden Ausbringen des gemischten Gutes und damit einer leichteren Entleerung des Behälters.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, Einrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das Mischen und Dispergieren auch bei niedrig- bis mittelviskosen Flüssigkeiten innerhalb kurzer Zeit vollständig gelingt und eine homogene Mischphase ausgebildet wird. Im besonderen zielt die Erfindung darauf ab, die Homogenisierung auch bei schwer dispergierbaren Medien bei kurzer Mischzeit zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß ein gemeinsam mit dem Rotor in Richtung der Achse verschiebbares, plattenförmiges Element vorgesehen ist, welches sich unter Ausbildung eines Spaltes im wesentlichen parallel zur Rotationsebene des Rotors erstreckt und Durchbrechungen aufweist, daß das plattenförmige Element an der Innenwand des Behälters dichtend oder unter Ausbildung eines Drosselquerschnittes geführt ist und daß das plattenförmige Element in seiner Drehlage gesichert oder mit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors verschiedener Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung in einem einstellbaren axialen Abstand vom Rotor mit einem Antrieb für einen axialen Hub verbunden ist. Dadurch, daß gemeinsam mit dem Rotor ein plattenförmiges Element mit Durchbrechungen in einem vorbestimmten Abstand längs der Rotorachse im Mischgut auf und ab geführt wird, wird erreicht, daß die flüssige, zu dispergierende und zu homogenisierende Phase zwangsweise auch den Spalt zwischen dem Rotor und dem plattenförmigen Element durchströmen muß, sodaß innerhalb dieses, zwischen dem plattenförmigen Element und dem Rotor ausgebildeten Spaltes, ein definiertes und vollständiges Erfassen des zu dispergierenden Inhaltes im Mischbehälter erzielt wird. Zwischen dem plattenförmigen Element und dem Rotor wird das zu dispergierende Material in der flüssigen Phase einer definierten Scherbeanspruchung ausgesetzt, wodurch die 3 AT 001 956 Ul

Dispersion nach einer kurzen Behandlungszeit bei ausgezeichneter Homogenisierung stabil ausgebildet wird, wobei diese Scherkräfte dadurch sichergestellt werden, daß das plattenförmige Element entweder in seiner Drehlage gesichert ist und daher nicht mit dem Rotor in Drehbewegung versetzt wird, oder mit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors verschiedener Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung angetrieben ist. Je nach Beschaffenheit des zu dispergierenden Gutes kann die jeweils günstigste Spaltbreite oder eine im Betrieb variable Spaltbreite vorgegeben werden, wobei durch die Durchbrechungen in dem plattenförmigen Element die Strömung durch den zwischen dem plattenförmigen Element und dem Rotor ausgebildeten Spalt sichergestellt wird. Um die entsprechenden Scherkräfte sicher auf das zu dispergierende Gut auszuüben, muß die Ausgestaltung lediglich so gewählt werden, daß Rotorflügel nicht koaxial zu den Achsen der Durchbrechungen des plattenförmigen Elementes rotieren, sodaß ein entsprechender radialer Weg durch den Schlitz zwischen dem plattenförmigen Element und dem Rotor erzwungen wird.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Ausbildung so getroffen, daß das plattenförmige Element als Stator ausgebildet ist und in seiner einer Stirnwand, insbesondere einer Deckelplatte des Behälters benachbarten Lage zur Rotation zum Räumen der Stirnwand antreibbar ist, wodurch sich eine besonders einfache und betriebssichere Konstruktion ergibt. Abweichend von bekannten Planetendissolvern kann mit wesentlich einfacherem Antrieb das Auslangen gefunden werden, wobei die Maßnahme, das im Betrieb als Stator ausgebildete plattenförmige Element lediglich in einer Endstellung kurzfristig anzutreiben dazu dient, die Stirnwand und insbesondere die dem Behälter zugewandte Wand der Deckplatte sicher zu räumen, sodaß der Reinigungsaufwand wesentlich verringert wird.

Mit Vorteil kann die erfindungsgemäße Einrichtung an unterschiedliche zu dispergierende Stoffe angepaßt werden, wofür die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, daß der axiale Abstand des Stators vom Rotor durch einen oszillierenden Hubantrieb im Betrieb verstellbar ist. 4 AT 001 956 Ul

Um nach erfolgter Homogenisierung und nach dem Dispergieren das Ausbringen des Mischgutes zu erleichtern, kann mit Vorteil die Ausbildung so getroffen sein, daß die Durchbrechungen des Stators verschließbar ausgebildet sind. Nach einem Verschließen der Durchbrechungen des Stators kann der Stator als Preßstempel für das Auspressen des gemischten Gutes verwendet werden.

Um insbesonders bei höher viskosen Systemen die Viskosität herabzusetzen, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß der Rotor und/oder der Stator mit einem Ultraschallgeber verbunden ist.

In einfacher Weise kann das Mischgut in einem Mischbehälter vordosiert werden, wofür beispielsweise zu dispergierende, feine, pulverförmige Feststoffe auf eine Flüssigkeit aufgebracht werden können, worauf mit Vorteil der Mischbehälter mit dem Rotor und dem Stator verbunden wird. Die Ausbildung ist hiezu in besonders einfacher Weise so getroffen, daß der Mischbehälter lösbar mit einer eine Lagerung für die Rotorwelle und/oder den axial verschiebbaren Stator aufweisenden Deckelplatte zum Verschließen des Mischbehälters verbunden ist.

Um auch chemisch unbeständiges und insbesondere feuchtigkeitsempfindliches Mischgut sicher und ohne Veränderung seiner Materialeigenschaften verarbeiten zu können, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß an die Deckelplatte und/oder den Mischbehälter wenigstens eine Leitung für den Aufbau eines vom atmosphärischen Druck verschiedenen Druckes im Mischbehälter mündet. Ober eine derartige Leitung kann ein Vakuum aufgebracht werden um Oxidationserscheinungen zu vermeiden. Ebenso kaum auch eine Schutzgasatmosphäre über eine derartige Leitung eingebracht werden.

Eine besonders einfache Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich dadurch verwirklichen, daß der Rotor am Stator drehbar gelagert ist. Auf diese Weise wird auch der Lagerungsaufwand wesentlich vereinfacht.

Eine weitere Maßnahme empfindliches Mischgut sicher ohne Veränderung der Materialeigenschaften zu homogenisieren und zu dispergieren, besteht wie es einer bevorzugten Weiterbildung 5 AT 001 956 Ul entspricht darin, daß der Mischbehälter mit einem Kühlmantel versehen ist.

In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn sich der gemeinsame Hub des Rotors und des Stators über die gesamte axiale Höhe des Mischbehälters erstreckt, sodaß mit nur wenigen axialen Hüben und in überaus kurzer Zeit eine vollständige Vermischung und Homogenisierung sowie Dispergierung erzielt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch beschriebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l eine schematische Darstellung des mit einem Deckel verschlossenen Mischbehälters am Beginn des Misch- und Dispergiervorganges, Fig.2 eine erste Betriebsstellung mit einer ersten vordefinierten Spaltbreite und Fig.3 einen weiteren Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit veränderter Spaltbreite zwischen Rotor und Stator.

In Fig.l ist mit l*>ein Mischbehälter bezeichnet, welcher von einem Kühlmantel 2 ^pmgeben ist. Das Kühlmedium kann über die Anschlüsse 3^\*ncl 4^£u- und abgeführt werden.

In den Mischbehälter 1 wird zunächst das zu vermischende Gut in vordosierter Menge eingebracht, wobei mit 5>die flüssige Phase und mit 6 eine Pulverphase bezeichnet ist.

Im Deckel 7, welcher auf dem Behälter 1^aufgesetzt werden kann, ist eine Gleitlagerung 8 ^vorgesehen, über welche die Mischwerkzeuge bei ihrem axialen Hub geführt wird. Das Mischwerkzeug umfaßt einen Rotor 9 ^welcher durch eine Rotorwelle 10 zur Rotation im Sinne des Pfeiles 11 ^antreibbar ist. Der Antriebsmotor ist hiebei konventioneller Art und der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Die Rotorwelle lO^ist konzentrisch zu einer Pinole lZ^^hge-ordnet und rotierend über Lager 13^in dieser gelagert. Die Pinole IZ^i-st drehfest mit einem plattenförmigen Element 14L>yer-bunden, welches Durchbrechungen 15.^aufweist. Zwischen dem Rotor 9 und dem plattenförmigen Element lAyist ein Spalt 16j^äusgebil-det, wobei der Rotor 9^nd das plattenförmige Element 14^£m Sinne des Doppelpfeiles 17^/in axialer Richtung gemeinsam oder relativ zueinander verschiebbar sind. Das plattenförmige Element 14 ,kann bei einem derartigen Hub in Richtung des Doppelpfeiles 6 AT 001 956 Ul 17/^gegen Verdrehung gesichert sein oder aber mit einem gesonderten oder vom Drehantrieb der Rotorwelle lO^abgeleiteten Drehantrieb mit verschiedener Drehgeschwindigkeit zur Rotation angetrieben sein. Zum Räumen der Unterkante des Deckels 7i^genügt es allerdings das plattenförmige Element 14ulediglich in der oberen Endlage zur Rotation anzutreiben, sodaß die Unterkante 18j^der Deckelplatte 7ixsicher geräumt werden kann.

Zum Mischen und Dispergieren des Materials wird nun die Pinole 12 ,ünd damit das plattenförmige Element 14^sowie der Rotor 9^in das zu vermischende Medium abgesenkt, wobei das Medium vom Rotor 9^rfaßt und durch den Spalt 16jund die Durchbrechungen 15ydes plattenförmigen Elementes hindurchgefördert wird. Zwischen dem plattenförmigen Element 14yund dem Rotor 9^ wird das Material auf Scherung beansprucht, sodaß eine intensive Vermischung im Spalt 16 ^erfolgt. Diese Arbeitsposition der Mischwerkzeuge ist in Fig.2 ersichtlich.

Je nach zu dispergierenden Medium kann die axiale Spalt-breite des Spaltes lö^hier während des Hubes im Sinne des Doppelpfeiles 17^/konstant gehalten werden oder aber auch im Betrieb verändert werden. Wie in Fig.3 ersichtlich, kann dieser Spalt 16 Verbreitert werden, wobei eine besonders intensive Durchmischung und Dispergierung dadurch erzielt werden kann, daß das plattenförmige Element 14 jtn Richtung des Doppelpfeiles 17 v-relativ zum axialen Hub des Rotors oszillierend angetrieben wird, so daß eine zyklisch Vergrößerung und Verringerung der Spaltweite a des Spaltes 16_^erzielt wird.

Nach Beendigung des Mischvorganges können die Durchbrechungen 15 .des plattenförmigen Elementes 14 ^.wahlweise verschlossen werden, um bei einem Aufwärtsschub des plattenf örmigen Elementes das gesamte gemischte Material sicher auszubringen.

Das plattenförmige Element 14^-kann an seinem Umfang über eine Dichtung 19 gegenüber der Innenwand des Behälters 1 ...abgedichtet werden. Anstelle einer derartigen Dichtung 19 Jcann aber auch ein Drosselspalt ausgebildet werden, welcher so dimensioniert sein muß, daß tatsächlich der wesentliche Teil des zu behandelnden Mediums durch den Spalt 16^gefördert wird und nicht 7 AT 001 956 Ul frei an der Außenkante des plattenförmigen Elementes 14J>xlurch-treten kann. 8

Claims

AT 001 956 Ul Patentansprüche : 1. Einrichtung zum Homogenisieren und Dispergieren von flüssigen Phasen oder von Feststoffen in Flüssigkeiten mit einem Mischbehälter und einem als Rotor ausgebildeten Mischwerkzeug, welches tim eine Achse rotierbar und in Richtung seiner Achse verschiebbar gelagert und mit einem Antrieb verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsam mit dem Rotor^in Richtung der Achse verschiebbares, plattenförmiges Element vorgesehen ist, welches sich unter Ausbildung eines Spaltei^Lin (9) wesentlichen parallel zur Rotationsebene des Rotors "ferstreckt ein ηΦ und Durchbrechungen ^ufweist, daß das plattenförmige Element1 -an der Innenwand des Behälters^cLichtend oder unter Ausbildung eines Drosselquerschnittes geführt ist und daß das plattenförmige Element in seiner Drehlage gesichert oder mit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors^verschiedener Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung in einem einstellbaren axialen Abstand vom Rotor^mit einem Antrieb für einen axialen Hub verbunden ist.
2. Einrichtung nach Ansppich 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Element^fels Stator ausgebildet ist und in seiner einer Stirnwand, insbesondere einer Deckelplatte des Behälters benachbarten Lage zur Rotation zum Räumen der Stirnwand antreibbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand des Stators vom Rotor^urch einen oszillierenden Hubantrieb in Betrieb verstellbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen des Stators verschließbar ausgebildet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor Aind/oder der Stator mit einem Ultraschallgeber verbunden ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter^lösbar mit einer eine Lagerung für die Rotorwelle und/oder den axial verschiebbaren 9 AT 001 956 Ul Stator aufweisenden Deckelplatte0zum Verschließen des Mischbehälters verbunden ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Deckelplatte ^und/ oder den Mischbehälter wenigstens eine Leitung für den Aufbau eines vom atmosphärischen Druck verschiedenen Druckes im Mischbehälter mündet.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor am Stator drehbar gelagert ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter mit einem Kühlmantel versehen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Hub des Rotors^und des Stators sich über die gesamte axiale Höhe des Mischbehälters erstreckt. 10