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Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Zerkleinern und Dispergieren
fester Teilchen in Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für
eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Dispergieren fester Teilchen in Flüssigkeiten,
beispielsweise von Pigmenten in Ölen, die aus einem mit Mahlkörpern gefüllten Behälter
und einer Umwälzeinrichtung für den Behälterinhalt besteht.
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Bei einem bekannten Betriebsverfahren für eine solche Vorrichtung
wird das Behandlungsgut bei ständigem Arbeiten der Umwälzeinrichtung intermittierend
zugeführt und kontinuierlich abgeführt. Infolge der dabei auftretenden zeitlichen
Überschneidung zwischen Beschickung und Entnahme kann ein Teil des gerade aufgegebenen
Behandlungsgutes, ohne der Einwirkung der Mahlkörper hinreichend lange ausgesetzt
worden zu sein, sofort wieder ausgetragen werden und insbesondere eine Verweilzeit
für das gesamte Behandlungsgut nicht gewährleistet werden, die zur Erzielung eines
gewünschten Standards bezüglich Teilchengröße und Dispersion erforderlich ist.
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Es ist ferner ein Betriebsverfahren für eine solche Vorrichtung bekannt,
bei dem das Behandlungsgut bei ständigem Arbeiten der Umwälzeinrichtung sowohl kontinuierlich
zugeführt als auch kontinuierlich abgeführt wird, so daß die oben geschilderten
Nachteile in verstärktem Maße auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren zu
schaffen, das eine schnellere Arbeitsweise als die bekannten Betriebsverfahren ermöglicht
und wobei gleichzeitig feinste Dispersionen ohne Verschmutzungsgefahr und in genau
vorherbestimmbaren Feinheitsgraden erhalten werden können.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei intermittierendem
Beschicken und Entnehmen das in dem Behälter befindliche Behandlungsgut jeweils
nur zu einem Teil, vorzugsweise zu einem größeren Teil, entnommen wird und daß zwischen
der unmittelbar auf das Entnehmen folgenden Beschikkungsphase und der nächsten Entnahmephase
eine Zeitspanne folgt, in der weder entnommen noch beschickt wird.
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Durch das erfindungsgemäß gestaltete Betriebsverfahren lassen sich
bezüglich vorherbestimmbarer Feinheit praktisch die gleichmäßigen Ergebnisse des
Idealfalls erzielen, bei dem der Mahlbehälter mit frischem Gut gefüllt, dann der
gesamte Inhalt eine bestimmte Zeit umgewälzt und schließlich wieder der gesamte
Inhalt entleert wird. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Arbeitsgeschwindigkeiten
liegen jedoch wesentlich höher, ohne daß Verschmutzungsgefahr durch Trockenlaufen
der Mahlkörper auftritt, da unter Vermeidung zeitraubender Anlauf- und Auslaufvorgänge
der Umwälzeinrichtung durch ständiges Arbeiten der Umwälzeinrichtung stets ein Teil
des Behandlungsgutes in dem Behälter verbleibt, so daß ein Trockenlaufen der Mahlkörper
mit der damit verbundenen Verschmutzung des Behandlungsgutes durch Abrieb der Mahlkörper
mit Sicherheit vermieden wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
mit motorgetriebenen Beschikkungs- und Entnahmepumpen ist durch eine einstellbare
Zeitschalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten der Beschickungs- und Entnahmepumpen
zu den nach der zeitlichen Aufeinanderfolge und Dauer ihrer jeweiligen Arbeitsphasen
während eines Arbeitszyklus des Betriebsverfahrens bestimmten Zeiten gekennzeichnet.
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Die Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise
an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Fig.1 zeigt den Mahlbehälter und angeschlossene Teile der Vorrichtung;
Fig.
2 ist ein Schaltschema der Pumpen und Motoren und ihrer automatischen Steuereinrichtung,
und Fig. 3 ist ein Zeitplan eines Arbeitszyklus.
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Der in Fig.l dargestellte Apparat umfaßt einen Vormischtank 1, in
dem das Pigment und die Trägerflüssigkeit in Bewegung gehalten werden, und eine
Beschickungspumpe 2, die in einer Leitung 3 zwischen dem Tank 1 und dem Mahlbehälter
4 liegt. Der Mahlbehälter 4 weist die Form eines oben offenen Topfes auf. Die Pumpe
2 zieht die zu bearbeitende Mischung aus dem Tank ab und leitet sie unterDruck zumBoden
oder zum unteren Teil des Behälters 4, und zwar durch die Einlaßöffnung 6 in der
Bodenmitte. Filter in den Zu- und Ablaufleitungen, wie z. B. 5, 5 a und
5 b,
können vorgesehen werden Der Behälter 4 kann aus verschleißfestem Material
bestehen oder mit einem derartigen Material ausgekleidet sein. Er weist ein Rührwerk
auf, dessen Welle 7 drehbar in obenliegenden Lagern angeordnet ist und das von einem
obenliegenden Motor 8 angetrieben wird. Es besteht aus einer oder mehreren, beispielsweise
zwei Scheiben 9, die im Abstand voneinander auf der Rührerwelle 7 angeordnet sind
und in dem unteren Teil des Topfes liegen. Diese Scheiben können aus einem verschleißfesten
Material bestehen oder mit einem derartigen Material eingefaßt oder verkleidet sein.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere an der Behälterwand befestigte Trennringe 9 a
vorgesehen.
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Ein Gazesieb 10 bedeckt eine schlitzförmige öffnüng im oberen Teil
der Behälterwand. Diese öffnung führt in eine Kammer 11, aus der das behandelte
Material über die Abflußleitung 12 mittels einer Absaugpumpe 13 abgezogen und in
einen geeigneten Behälter 14 gefördert wird.
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Der Topf wird mit Kugeln oder anderen geeigneten Arbeitskörpern oder
Sand, beispielsweise Ottawasand, bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe beschickt.
Vorzugsweise werden Steatitkugeln von 2,5 bis 4,5 mm Durchmesser verwendet. Die
Arbeitskörper erreichen eine Füllhöhe, die über die obere Scheibe des Rührers hinausgeht,
während die Standhöhe des zu bearbeitenden flüssigen Materials die Füllhöhe der
Arbeitskörper noch beträchtlich übersteigt.
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Die Menge des in dem Behälter befindlichen Materials kann so groß
sein, daß sie im Ruhezustand den Zwischenraum zwischen den Arbeitskörpern ausfüllt
und diese bedeckt. Die Materialmenge kann jedoch auch kleiner oder größer sein,
beispielsweise das Doppelte dieses Raumes oder mehr ausfüllen, falls es die Tiefe
des Behälters zuläßt.
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Wenn der Rührer in Rotation versetzt wird, werden die Kugeln und das
flüssige Material in dem Behälter in Umlauf gesetzt und steigen infolge der Fliehkraftwirkung
an der Innenwandung des Behälters hoch.
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Die Beschickungspumpe 2 arbeitet intermittierend. Sie ist nur dann
in Betrieb; wenn die Entnahmepumpe stillsteht, und wird jeweils zu Beginn der Zeitspanne,
während der keine der Pumpen läuft, ausgeschaltet.
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Die durch einen Elektromotor 13 a angetriebene Entnahmepumpe 13 arbeitet
intermittierend, um das behandelte Material durch die mit einem Sieb abgedeckte
Auslaßöffnung 10 im oberen Teil des Behälters abzuziehen. Die Betriebsperioden dieser
Pumpen werden vorher festgelegt und sind einstellbar.
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Im oberen Teil des Behälters ist in der Nähe der Wandung ein schwenkbarer
Fühlhebe115 angeordnet, der sich unter dem Einfluß des an der Wandung des Behälters
hochsteigenden rotierenden flüssigen Materials 16 bewegt. Der Fühlhebel (s. Fig.
2) betätigt einen Schalter 15 ä, der den die Beschickungspumpe 2 antreibenden Motor
2a ausschaltet.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Apparatur ermöglicht die intermittierende
Zuführung kleiner Mengen von flüssigem Material (einschließlich undispergierten
oder teildispergierten festen Pigmenten oder Pulvern) zu einer Menge von Material,
das sich in einem höheren Dispergierungszustand bereits in dem Behälter befindet,
sowie die intermittierende überführung ähnlicher Mengen von behandeltem Material
aus dem Behälter in einen Vorrat gut dispergierter oder gemahlener Stoffe. Die Zuführung
von unbehandeltem Material in den Behälter und die Entnahme von behandeltem Material
aus dem Behälter ist so eingerichtet, daß sie nicht zeitlich zusammenfallen. Zwischen
den einzelnen Vorgängen der Beschickung und Entnahme können Pausen eingeschaltet
werden, in denen die Dispergierung in dem Behälter ungestört durch Schwankungen
in der Beschaffenheit des Materials fortschreiten kann. Diese Zwischenpausen können
von beliebiger Dauer sein.
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In Fig. 2 ist eine kontinuierlich arbeitende An- und Abschaltvorrichtung
20 vorgesehen, die die Entnahmepumpe 13, die aus dem Behälter fertig behandeltes
Material intermittierend entfernt, durch den Schalter 17 steuert. Der Zeitschalter
20 steuert ferner eine Sperrvorrichtung 18, die einen solenoidbetätigten Quecksilberschalter
umfaßt. Dieser übersteuert den Niveauschalter 15, 15a, der seinerseits den
Motor 2 a der Beschickungspumpe 2 über den Schalter 19 steuert.
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Nach dem Ingangsetzen der automatischen Steuerung und nach der Beschickung
des Behälters mit dem zu behandelnden Material und den Arbeitskörpern wird die Apparatur
eine kurze Zeit betrieben und das Material dispergiert oder gemahlen. Daran schließt
sich die nachstehende Schrittfolge an: a) Die Entnahmepumpe 13 wird in Tätigkeit
gesetzt und zieht etwas von dem fertig behandelten Material ab.
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b) Mit dem Sinken der Füllhöhe schließt sich der Niveauschalter 15,
15a, aber solange die Entnahmepumpe läuft, sorgt die Sperrvorrichtung 18
dafür, daß die Beschickungspumpe 2 noch nicht zu arbeiten beginnt.
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c) Sobald die Entnahmepumpe 13 von dem Zeitschalter 20 abgeschaltet
wird, startet die Beschickungspumpe 2 sofort und ergänzt das Volumen des abgezogenen
Materials.
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d) Sobald das Material in dem Behälter wieder die obere Füllhöhenbegrenzung
erreicht hat, öffnet sich der Niveauschalter 15, 15 a, die Beschikkungspumpe bleibt
stehen, die Ruhepause, in der beide Pumpen außer Betrieb sind, beginnt und dauert,
bis der Zeitschalter 20 die Entnahmepumpe wieder in Gang setzt. Dieser Kreislauf
kann fortgesetzt werden, bis eine der festgesetzten Bedingungen der Beschickung
oder eine mechanische, hydraulische oder elektrische Störung die Schrittfolge oder
den Wechsel der Zeiten in Unordnung bringt. In diesem Fall schaltet eine Sicherheitsvorrichtung,
die im nachfolgenden beschrieben wird,, den Hauptmotor 8, dessen Starter bei 8 a
dargestellt ist, ab, der seinerseits die anderen Motoren zum Stillstand bringt und
die Apparatur abschaltet.
Durch das ständige An- und Abschalten
der Beschickungspumpe werden zwei Schaltorgane 21 und 22 betätigt. Eines dieser
Schaltorgane 22 öffnet mit einer bestimmten Verzögerung, wenn die Beschickungspumpe
zu lange stillsteht. Das andere Schaltorgan 23 öffnet, wenn die Beschickungspumpe
zu lange läuft. Das Öffnen eines dieser Schaltorgane schaltet eine Vorrichtung ab,
die den Hauptmotor, die Pumpenmotoren und die Schalter mit Strom versorgt, und die
Apparatur wird stillgelegt.
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Alle zeitlichen Abläufe sowohl der automatischen Steuerungen als auch
der Sicherheitseinrichtungen können zur Anpassung an die verschiedenen, bei der
Durchführung des Verfahrens entstehenden Schwierigkeiten eingestellt werden.
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Eine allgemeine manuelle Steuerung kann vorgesehen sein, um die Apparatur
in Gang zu setzen oder Reinigungsarbeiten durchzuführen.
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Mit dem Niveauschalter kann ein Thermostat verbunden werden, so daß
ein unerwünschter Anstieg der Temperatur den Füllhöhenschaiter in geöffneter Stellung
beläßt und die Beschickungspumpe ausschaltet oder die Apparatur vollständig abschaltet.
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Während der Tätigkeit der Entnahmepumpe wird, wie aus Fig. 3 hervorgeht,
die Sperrvorrichtung 18, die die Tätigkeit der Beschickungspumpe steuert,
wieder in den ursprünglichen Zustand versetzt. Die Entnahmepumpe arbeitet während
der Zeitspanne t bis t'.
Eine Lampe auf der Schalttafel zeigt an, daß
die Entnahmepumpe arbeitet.
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Mit dem Aussetzen der Entnahmepumpe 13 fängt die Beschickungspumpe
2 an zu fördern und bleibt während der Zeitspanne t' bis t2 in Betrieb. Die eben
genannte Kontrollampe erlischt, und eine Lampe, die die Tätigkeit der Beschickungspumpe
anzeigt, flammt auf. Der in ständiger Drehbewegung befindliche Rührer zentrifugiert
das flüssige Material und die Kugeln, und das Material steigt an der Wandung des
Behälters empor. Wenn es eine bestimmte Höhe erreicht hat, nimmt es den schwenkbar
gelagerten Fühlhebel 15 mit, der den Schalter 15a im Stromkreis des Motors
2 a
der Beschickungspumpe 2 ausschaltet, und die Beschickungspumpe bleibt
stehen.
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Der Fühlhebe115 kann durch das flüssige Material gegen den Widerstand
eines permanenten Magneten oder eines Elektromagneten bewegt werden. Dieser Magnet
übt einen ständigen Zug auf den Fühlhebel aus, der gewöhnlich durch die Drehbewegung
des Materials an der Innenwandung des Behälters ausgeglichen wird. Dieser Zug sorgt
jedoch dafür, daß bei einem Zurückgehen der Füllhöhe der Fühlhebel sicher zurückgezogen
wird, um den gewünschten elektrischen Kontakt herzustellen. Selbstverständlich kann
das auch durch eine Federvorspannung oder andere geeignete Mittel erzielt werden.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Drehbewegung der Mischung und
der Kugeln in dem Behälter bei den hier aufgeführten Geschwindigkeiten einen erheblichen
Verschleiß des obengenannten Siebes 10 verursacht. Es ist deshalb vorteilhaft, die
Filtratkammer 1.1 mit einem zweiten Sieb zu versehen, welches so ausgeführt ist,
daß die Kugeln, die durch das erste Sieb hindurchtreten, wenn dieses so weit zerstört
ist, von dem zweiten Sieb zurückgehalten werden und dieses versperren. Diese Verstopfung
des zweiten Siebes kann als Zeichen dafür verwendet werden, daß die Apparatur der
Wartung bedarf. Es ist jedoch auch möglich, die Sperrung dieses Siebes zur automatischen
Stilllegung des Motors der entsprechenden Pumpe nutzbar zu machen. Das erste Sieb
kann dann durch eine derbe gelochte Wand ersetzt werden, durch die die Kugeln hindurchtreten
können und vor dem zweiten Sieb gefangen werden.
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Der Filter 5 a zwischen der Beschickungspumpe und dem Behälter
kann sich so sehr verstopfen, daß die Durchführung des Verfahrens in Frage gestellt
wird. Es können deshalb Möglichkeiten vorgesehen werden, die Pumpen 2, 13 abzuschalten,
um das Material auf Grund seiner Schwere durch ein Sumpfloch abzulassen und das
Filter zu reinigen.
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Bei der Behandlung eines Materials, das aus Titandioxyd, Kaolin und
Leinöl-Firnis bestand, erwies sich eine Entnahmegeschwindigkeit von 136,31/Stunde
als geeignet. Eine 30 Sekunden lange Periode, die die Beschickung und die Pause
umfaßt, wechselt mit einer 30 Sekunden langen Entnahmeperiode ab.
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Falls gewünscht, kann eine Kühlung oder auch eine Erhitzung des Behälters
durch einen geeigneten Mantel erreicht werden.
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In der Beschreibung enthaltene Gegenstände, für die kein Patentschutz
beantragt ist, gehören nicht zur Erfindung.