DD213359A1 - Vorrichtung zur herstellung pastoeser emulsionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen zylindrischen Behaelter, der auf Grund eines speziellen Ruehrsystems zur Herstellung stabiler pastoeser Emulsionen geeignet ist. Das Ruehrsystem besteht aus zwei unabhaengig voneinander angetriebenen Wellen, die mit verschiedenen Ruehrelementen ausgeruestet sind. Die Ruehrelemente der mittigen langsam umlaufenden Welle, bestehend aus Ankerruehrer, Spiralruehrer und Blattruehrer, gewaehrleisten eine gute Waermeuebertragung, die Grobdurchmischung und die bei pastoesen Produkten problematische Selbstentleerung. Anker- und Spiralruehrer wirken im zylindrischen Teil des Behaelters bzw. am Behaelterboden und sind mit Abstreifern aus einem temperatur- und loesungsmittelbestaendigen Kunststoff ausgestattet, die durch ihre Anbringung vor allem die Funktionen der Waermeuebertragung und Selbstentleerung ermoeglichen. Der Blattruehrer im zentrischen gegebenenfalls beheizbaren Auslaufstutzen verhindert zusaetzl. Ablagerungen in diesem Bereich. Die zweite schnell umlaufende und exzentrisch eingebaute Welle ist mit einer Dispergierscheibe nach dem Rotor-Stator-Prinzip ausgeruestet und gleichzeitig winklig zur Vertikalen installiert. Ergaenzt wird die gesamte Vorrichtung durch ein Zirkulationssystem.

Description

Beschreibung der Erfindung

0. Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Herstellung pastöser Emulsionen B 01 f 7/16

1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine beheiz- und kühlbare Vorrichtung zur Herstellung stabiler pastöser Emulsionen, vorsugsv/eise wachs-, paraffin- oder fetthaltiger Erzeugnisse·

2« Charakteristik der bekannten technischen Lösungen .... . Die Herstellung von Emulsionen erfolgt durch Mischen zweier ineinander nicht oder schwer lösbarer Flüssigkeiten, wobei die Teilchengröße der zerteilten Phase im Bereich von 0,01 jum bis Λ00 pn liegen kann« Die dazu aufzubringende Arbeit ist proportional dem Zuwachs der Grenzfläche zwischen beiden Phasen, die mit höherer Teilchenanzahl und fallender Teilchengröße steigt, und der Grenzflächenspannung zwischen den Phasen· Im allgemeinen sind Emulsionen thermodynamisch instabile Systeme, jedoch lassen sie sich in Abhängigkeit vom Zerteilungsgrad der inneren Phase, von der Qualität des Grenzflächenfilms, von der Viskosität der äußeren Phase, vom Phasenvolumenverhältnis und von der Differenz der spezifischen Gewichte beider Phasen über längere Zeit stabilisieren.

Zur Ermöglichung der Herstellung von Emulsionen und ihrer Stabilisierung werden Emulgierhilfssittel stofflicher (Emulgatoren) und mechanischer Art eingesetzt. Während Emulgatoren die Grenzflächenspannung zwischen dan beiden Phasen herabsetzen, führen die mechanischen Smulgierhilfsmittel dem System die zum Verteilen der beiden Phasen erforderliche mechanische Energie zu.

Dabei unterscheidet man in wesentlichen zwischen Misch- und Homogenisiervorrichtungen·. Zu den bekannten Mischvorrichtungen gehören in erster Linie die überwiegende Mehrzahl der Rührmaschinen einschließlich der kombinierten Mischer, daneben aber auch Schuttel- bzw» Schlagmaschinen, Mischpumpen, Vibratoren und statische Mischer» Als Hoaogenisierungs-Vorrichtungen werden vor allem hochtourige Scheibenrührer, Ultraschallgeräte, Kolloidmühle^ und Spalthomogenisatoren eingesetzt.

Da der Smulgatorgehalt bestimmte anwendungstechnische Eigenschaften von Emulsionen oftmals negativ beeinflußt, v/urden in der Vergangenheit vielfältige Anstrengungen unternommen, ihn zu Gunsten effektiverer mechanischer Mischvorrichtungen zu minimieren. Dazu zählt vor allem die Aneinanderreihung der verschiedensten Misch- und Hoffiogenisierungsvorrichtungen» Da daneben oftmals eine Schmelzung fester Rohstoffs verbunden mit einer Temperierung der Emulsion und anschließender Abkühlung erforderlich ist, ergibt sich ein hoher apparat θ technischer Aufwand unter Einsa,tz mehrerer Behälter einschließlich vermehrtem Platzbedarf _r hohes Bedienaufwand und entsprechenden Materialverlusten·

Deshalb wurden bereits einige Mischvorrichtungen entwickelt, die diese Aufgaben in einem einzigen Behälter erfüllen» Diese Maschinen werden jedoch sehr aufwendig durch ihren komplizierten Aufbau, da zu langsamlaufenden Rührwerken mit Abstreifern hochtourige Scheibenrührer und zum Teil Kolloidmühlen sowie Versprüheinrichtungen eingebaut wurden» Um die Entleerung der Behälter vor allem bei pastösen Emulsionen zu gewährleisten, wurden sie fahr- oder kippbar gestaltet, wodurch gleichseitig die Anbringung des gesamten Rührsystems einschließlich des Behälterdeckels an einem beweglichen Tragearm erforderlich wurde, falls nicht aine s-chnel-Ie Montage und Demontage des Rührsystems ermöglicht worden war» Gleichzeitig werden Beheizung und. Kühlung erschwert, da die Zu- und Abführung von ^ärrne- und Kälteträgern sehr problematisch ist» Weiterhin treten Dichtungsprobleme vor allem zwischen Eehälter und Deckel bei Arbeiten mit Unter- oder Überdruck auf»

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Entleerung von Behältern mit pastösem Gut ist die Anwendung von Druckluft· Das erfordert jedoch das Vorhandensein dieses zusätzlichen Energieträgers und eine entsprechende apparatetechnische Auslegung, während der Entleerungsgrad nicht sonder« lieh hoch ist·

Sin weiterer wesentlicher Nachteil aller bisher bekannten Emulgiersysteme zur Herstellung pastö'ser Emulsionen ist ferner, daß auf Grund der begrenzten konstruktiven Möglichkeiten und der Vielzahl der eingesetzten Misch- und Horaogenisierungsvorrichtungen einzelne Eniulgiervorrichtungen nicht voll wirksam werden, da sis nicht im optimalen Bereich arbeiten.

3· Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache beheiz- und, kühlbare, selbstentleerende und selbstreinigende "Vorrichtung zur Herstellung stabiler . pastöser Emulsionen zu schaffen, deren Rührelernente im optimalen Bereich arbeiten und eine gute Wärnieübertragung zur Behälterwandung gewährleisten·

,.4j« ,.Darlegung des ..Wesens, der Erfindung

Erfind ung sg eraäß bildet ein stationärer doppelwand ige r zylindrischer Behälter (1) mit mittiges Auslaufstutzen (2) und festen Anschlüssen für Kühl- und Heizmedien am Doppeltnantel sowie einen noch näher zu charakterisierenden Rühr- und Sirkulationssystern die Grundlage für die erforderliche Emulgiervorrichtung. Das Rührsystem besteht aus zv/ei mit unterschiedlichen Rührelementen ausgestatteten Wellen sit zwei unabhängig voneinander wirkenden Antrieben«. Die Exttige Welle (3) ist in Behälterdeckel (4) und im vorgegebenen Abstand darüber gelagert. Sie ist mit drei Rühreiesenten ausgerüstet, die langsam im Drehzahlbereich von ca. 10 ¹/min bis 100 ¹/min umlaufen und die Aufgaben der bei pa.ptösen Produkten problematischen Selbstestleerung, Reinigung, Wärmeübertragung und Grobdurchmischung übernehmen*

Im zylindrischen ™eil des 3ehälters wirkt ein Ankerrührer (5) mit in Drehrichtung in Winkel von 10 bis 40 nach vorn geneigten Abstreifern (6) aus einem temperatur- und lösungsmittelbeständigen Kunststoff. Die Abstreifer sind an beiden Armen des Ankerrührsrs versetzt angeordnet und bewirken einen axialen Stoff transport a,n der Behälterwandung nach unten· Dadurch wird ein guter »'arme üb er gang beim. Herstellungsprozeß sowie die Selbstentleerung und -reinigung in dieses Bereich gewährleistet. Im Bereich des Behälterbodens werden diese Funktionen durch einen spiralfermigen ein- oder mehrblättrigen Rührer (7) mit mindestens einer Windung erfüllt, der ebenfalls niit versetzt angeordneten Abstreifern (6) ausgestattet ist. Dabei befindet sich die offene Seite der Spirale in

Drehrichtung, so daß der Stoff-transport von den Seiten zum mittigen Auslaufstutzen (2) erfolgt. Die Stabilität des Spiralrührers (7) wird durch die Befestigung an der Welle (3) sowie, an den Armen des Ankerrührers (5) gewährleistet. Gleichzeitig können seine Rührflügel mit versetzt angeordneten Aussparungen versehen sein, um die Belastung beim Rühren herabzusetzen· Das dritte Rührelement der nittigen Welle ist ein Blattrührer. (8) im Auslaufstutzen (2)_t der gegebenenfalls auch gedreht geformt sein kann. Bis Punktion dieses Rührelements, dessen 7/irkung bis zum Absperrorgan reicht» besteht in der Verhinderung von Ablagerungen und Verstopfungen in diesem Bereich· Sie kann falls erforderlich durch eine separate Beheizung des Stutzens (2) und des Absperrorgans (9) verstärkt werden«

Die zweite Welle ist exzentrisch angeordnet und arbeitet im Drehzahlbereioh bis zu 3 000 7min.· Rührorgan ist dabei eine Dispergisrscheibe (Ή)» die sich wie die gesamte Welle in einem ortsfesten Stator (12) befindet» Durch die Anordnung in einen ortsfesten Stator (12) kann die Welle (10) in der Uähe des Rührorgans gut gelagei-t .werden· Zusätzlich ist der Stator (12) im Bereich der Dispergierscheibe (11) mit Schlitzen verseher.· Dadurch lassen sich nach dem Rotor-Stator-Prinzip bei der- Emulsionsherstellung in diesem engen Raum hohe Schlag-, Prall- und Scherkräfte mit überdurchschnittlicher EmulgierT/irkung erzeugen. Durch unterschiedliche Schrägsteilung der Arbeitsflächen der Dispergierscheibe (11). läßt sich dieser Effekt noch verstärken, und es wird gleichzeitig ein bestimmter Produktstrom erzeugt» lieben der exzentrischen Anordnung wird dieses Rühraggregat gleichzeitig im Winkel von 5 bis 20 zur es eine optimale Wirkung entfalten kann«

gleichzeitig im Winkel von 5 bis 20 zur "Vertikalen installiert, so daß

Die Reinigung des Smulgisrbehälters (1) erfolgt grundsätzlich mit dem Lösungsmittel, das in der Emulsion die äußere Phase darstellt. Um die erforderliche Lösungsrsittelmenge gering zu halten, ist eine entsprechende Zirkulationsieitung (13) vorgesehen, die von der unmittelbar am Auslaufstutzen angeschlossenen Förderpumpe (14-) zum Behälterdeckel (4) führt und dort in einem Sprühteiler (15) endet» Im Bedarfsfall kann diese Zirkulationsleitung auch während der Produkthersteilung mit eingebauten Zusatz-" einrichtungen (16) wie Kolloidmühle oder Schabkühler im Kreislauf betrieben werden»

Claims (5)

Erfind ungsanspruch

1. Vorrichtung zur Herstellung pastöser Emulsionen in Form eines doppelwandigeη zylindrischen Behälters (1) ausgestattet axt einem . Rühr- und Zirkulationssystem, Anschlüssen für Kühl- und Heizmedien am Doppelnagel und einem mittigen Auslaufstutzen (2), dadurch gekennzeichnet , daß das Rührsystem aus zwei getrennt angetriebenen Wellen (3» 10) besteht, wobei einerseits die zentrische, langsamlaufende Welle (3) im Behälterdeckel (4) und darüber gelagert und für den zylindrischen Teil des Behälters (1) mit einem Ankerrührer (5), für den Bereich des Behälterbodens mit einem in Drehrichtung offenen Spiralrührer (7) mit mindestens einer Windung und für den Auslaufstutzen (2) mit einem Blattrührer (8) versehen ist sov/ie an-. dererseits die exzentrische Schnellaufende Welle (10) einschließlich einer Dispergierscheibe (11) in einem Stator gelagert und insgesamt unter einem Winkel von 5 bis 20 zur "Vertikalen angebracht ist·

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerrührer (5) mit in Drehrichtung im Winkel
geneigten Abstreifern (6) versehen ist·

rührer (5) mit in Drehrichtung im Winkel von 10 bis 40 nach vom

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet _t daß der Spiralrührer (7) ebenfalls mit Abstreifern versehen ist, die genau wie am Ankerrührer (5) versetzt angeordnet und aus einem temperatur» und lösungsmittelbeständigen Kunststoff gefertigt sind»

4» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergierscheibe (11) mit in unterschiedlicher Richtung schräg gestellten Arbeitsflächen und der Stator (12) im Bereich der Dispergierscheibe (11) mit schlitzförmigen Öffnungen ausgestattet ist«

5«. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der unmittelbar am gegebenenfalls beheizbaren Auslaufstutzen (2) angeschlossenen Förderpumpe (14) eine Zirkulationsleitung (13) zum Behälterdeckel (4) führt, die im Behälter in einem Sprühteller (15) endet, · und in die im Bedarfsfall Zusatzaggregate (16) eingebaut werden können«

HieimJLjeiien Zeichnungen