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Kontinuierlich arbeitende Rührwerksmühle zum Entagglomerieren und
Dispergieren von Feststoffteilchen in Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich
arbeitende Rührwerksmühle zum Entagglomerieren und Dispergieren von Feststoffteilchen
in Flüssigkeit, insbesondere von Pigmenten usw. in filmbildenden Flüssigkeiten.
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Die bekannten Rührwerksmühlen bestehen im allgemeinen aus einem senkrecht
stehenden mit Sand oder sandähnlichen Teilchen gefüllten zylindrischen Behälter,
an dessen Behälterboden eine aus Feststoffteilchen und Flüssigkeit bestehene Suspension
eintritt. Suspension und Sand werden mit Hilfe einer im allgemeinen um die Behälterachse
rotierenden Welle, die mit vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Laufscheiben besetzt
ist, durchgerührt. Am Kopfteil des Behälters befindet sich ein zylindrisches Sieb,
dessen lichte Weite der des Behälters entspricht und dessen Innenwand die Innenwand
des Behälters fortsetzt, während die Welle durch die Siebzone hindurchgeführt und
auch im Siebbereich noch mit Laufscheiben besetzt ist. Beim Betrieb dieser Vorrichtung
erreicht man eine einheitliche Dispersion der Suspensionsbestandteile und kann aus
der Siebzone eine einwandfreie Dispersion abziehen. Dabei wählt man Siebe von solcher
Maschenweite aus, daß die Dispersion frei abfließen kann, während gleichzeitig der
Sand oder die sandähnlichen Teilchen zurückgehalten werden und in der Apparatur
verbleiben.
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Bei allen Ausführungsformen dieser Rührwerksmühlen gibt es mindestens
zwei Abschnitte, nämlich erstens den eigentlichen Mahlbehälter, in dem die Deagglomeration
und Dispergierung der Feststoffteilchen in der Flüssigkeit erfolgt, und zweitens
die Siebzone, in der die aus Feststoffteilchen und Flüssigkeit bestehende Dispersion
vom Sand abgetrennt wird. In beiden Abschnitten finden Rührvorgänge statt, die man
zwar vorzugsweise in der gleichen Vorrichtung durchführt, jedoch grundsätzlich auch
in zwei voneinander getrennten Behältern ablaufen lassen kann.
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Besondere Sorgfalt erfordert bisher die Bestimmung der Betriebsgrößen,
wie die Auswahl der Mengenanteile an Pigment, an Filmbildner und an Sand bei gleichzeitiger
Festlegung der Durchsatzgeschwindigkeit durch die Vorrichtung. Diese Bestimmung
hat in der Vergangenheit häufig eine Reihe von Vorversuchen erfordert, da es nicht
ohne weiteres möglich ist, beliebige Mengenanteile an Pigment und Filmbildner mit
jeder gewünschten Geschwindigkeit durch den Apparat zu führen und dabei noch mit
beliebigen Sandmengen zu arbeiten. Die Zusammensetzung des Mühleneinsatzes und der
Durchsatz müssen in allen Fällen auf das gewünschte Endprodukt abgestimmt werden.
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Bekanntlich bestimmen folgende fünf Faktoren die Arbeitsbedingungen
des Sandmahlverfahrens: 1. Konzentration der Feststoffteilchen, 2. Zusammensetzung
der Flüssigkeit, 3. Betriebs-. oder Eigentemperatur, 4. Konzentration der Sandteilchen,
5. Verweilzeit.
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Die Abstimmung der Feststoffteilchen-Konzentration und der Flüssigkeitszusammensetzung
für minimale Aufenthalts- und Verweilzeiten auf den spezifischen Sandeinsatz und
die spezifische Arbeitstemperatur bezeichnet man als »Formulierung«. Durch Anforderungen
an die Enddispersion bedingte Schwankungen in der »Formulierung« haben oft uunterschiedliche
Mengen des eingesetzten Sandes erfordert, um den gewünschten Produktionsdurchsatz
sicherzustellen. Dabei wird als Durchsatz die Menge an Feststoffteilchen in Kilogramm
angesehen, die in der Stunde dispergiert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten, kontinuierlich
arbeitenden Rührwerksmühlen so zu verbessern, daß sich die erwähnten Schwankungen
im Sandeinsatz vermeiden lassen.
Insbesondere soll es erfindungsgemäß
möglich werden, dispergierte Feststoffteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 Rm
oder mehr derart zu verarbeiten, daß der gleiche Sandeinsatz bei verschiedenen »Formulierungen«
entagglomerieren und dispergieren kann.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine kontinuierlich arbeitende
Rührwerksmühle zum Entagglomerieren und Dispergieren von Feststoffteilchen in Flüssigkeit,
in der eine Mischung von Feststoffteilchen und Flüssigkeit sowie Sand oder sandähnlichen
Teilchen durch einen senkrechten, als Dispergierzone wirkenden Behälter zugeführt
wird, in welchem eine zentral angeordnete, mit waagerechten Laufscheiben ausgestattete
Welle umläuft, während am Kopf des Behälters eine gleichfalls mit umlaufenden Laufscheiben
ausgestattete von einem Siebkorb umgebene Siebzone angeordnet ist. Diese Rührwerksmühle
ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Siebzone mindestens
50% der Dispergierzone beträgt. Praktisch liegen die Verhältnisse so, daß Dispergierzone
und Siebzone so bemessen werden, daß in der Siebzone mindestens 35%, vorzugsweise
mindestens 400/0 des Sandes aufgenommen werden, wobei vorzugsweise die aus
Sand, Feststoffteilchen und Flüssigkeit bestehende Mischung in fließfähigem Zustand
verbleibt.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung ist der Durchmesser
des Siebkorbes größer als der Behälterdurchmesser, vorzugsweise um 15 bis 25%. Zweckmäßig
haben die in der Siebzone befindlichen Laufscheiben einen größeren Durchmesser,
vorzugsweise um 15 bis 25%, als die im Behälter befindlichen Laufscheiben.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem
Behälterkopfteil und der Unterkante des Siebkorbes ein übergangselement, z. B. ein
im Sinne des Mahlgutflusses nach außen geneigter konischer Ring, angeordnet.
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Durch die erhöhte Volumenkapazität der Siebzone werden alle hinsichtlich
der »Formulierung« bisher aufgetretenen Schwierigkeiten ausgeräumt. Bei Einsatz
der neuen Vorrichtung ist es gleichgültig, auf welchem Wege die Volumenvergrößerung
in der Siebzone erreicht wird, sei es durch Vergrößerung des Durchmessers dieser
Zone, sei es durch Erhöhung der Zone bei gleichbleibendem Durchmesser.
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Die neue Vorrichtung ist an sich von jeder Verstärkung der Rührwirkung
in der Siebzone unabhängig. Ihre Vorteile treten also auch auf, wenn die Siebzonenlaufscheiben
nicht schneller umlaufen als die Dispergierzonenlaufscheiben. Besondere Bedeutung
kommt der Erfindung zu für die Herstellung von Bautenlacken für Außenanstriche.
In manchen Fällen ist es aber zweckmäßig, die in der Siebzone wirkenden Rührkräfte
zu verstärken.
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Eine für die Erfindung besonders geeignete Apparatur weist einen zylinderförmigen
Siebteil auf, der oberhalb eines gleichfalls zylindrischen, für den Dispergiervorgang
vorgesehenen Behälters liegt, wobei sowohl im Siebteil als auch im Behälter Rührelemente
umlaufen.
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Die nachstehenden Erläuterungen veranschaulichen gemeinsam mit der
Zeichnung eine in der Praxis besonders bewährte Ausführungsform der Erfindung. Die
Zeichnung stellt die Vorrichtung im Aufriß und teilweise im Schnitt dar. Ein zylindrischer
Behälter 12 ist von einem Mantel 13 umgeben, dessen unteres Ende einwärts gerichtet
ist und durch Verschweißen mit dem unteren Ende des Behälters 12 verbunden ist.
Am oberen Ende des Behälters 12 ist ein Ring 14 derart angeordnet, daß der obere
Rand des Mantels 13 den Unterteil des Ringes 14 an seinem Umfang umfaßt,
so daß zwischen dem Behälter 12 und dem Mantel 13 ein abschlossener Mantelraum gebildet
wird. Eine geneigt ausgebildete Innenwand des Ringes 14 bietet eine Fläche dar,
über welche die in der Apparatur durchgearbeitete Masse ungehindert aus dem Behälter
in einen Siebkorb 49 strömen kann. An der Stirnseite eines den Behälter 12 haltenden
Rahmens (nicht dargestellt) sind Bügel 22 angebracht, die mit dem Behältermantel
13 verbunden sind.
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An der Rührwerkswelle 32 sind an ihrem in den Behälter 12 ragenden
Teil Laufscheiben 34 angeordnet. Am Teil des im Siebkorb 49 umlaufenden Wellenabschnittes
sind Laufscheiben 34A angebracht, die ähnlich den Laufscheiben 34 ausgebildet sind
und diesen gegenüber aber einen größeren Durchmesser aufweisen, der vorteilhaft
im gleichen Maße größer ist als der Siebdurchmesser in bezug auf den Behälterdurchmesser.
Unabhängig von den in der Zeichnung aufgeführten drei Laufscheiben 34A kann die
Vorrichtung am entsprechenden Wellenabschnitt auch mehr bzw. weniger Scheiben aufweisen.
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Zwischen der obersten der Laufscheiben 34A und dem Deckel C soll zweckmäßig
ein Zwischenraum liegen, der groß genug ist, um einen verhältnismäßig beträchtlichen
Teil der Sand enthaltenden, durchgearbeiteten Masse hier aufzunehmen, ohne daß diese
über den Deckel C hinausgedrückt oder ausgeschwemmt wird. Dieser oberhalb der höchstgelegenen
Laufscheibe 34A derart vorzusehende Beruhigungsraum sichert ein einwandfreies Arbeiten
der Apparatur.
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Die Siebwände können nicht nur aus Siebgeweben, sondern auch aus anderen
eine einwandfreie Trennung von Dispersion und Sand sicherstellenden Stoffen oder
Gebilden bestehen, beispielsweise aus senkrechten Wänden, in die in Abständen Schlitze
eingelassen sind. Bei allen Ausführungsformen müssen jedoch die für den Durchtritt
der Dispersion vorzusehenden Öffnungen kleiner sein als das kleinste Sandkorn.
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Um den Ring 14 und den Unterteil des Siebkorbes 49 liegt ein
Ringaufsatz 52, dessen Innendurchmesser so groß ist, daß die Innenwand dieses Aufsatzes
und der Siebkorb 49 einen Ringraum 58 bilden. Im Ringaufsatz 52 ist eine
Ablaufrinne 55 vorgesehen, die abwärts geneigt verläuft.
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Ein auf den Ringaufsatz 52 aufsetzbarer, unten offener Kopfteilaufsatz
56 hält Abstand gegenüber dem Deckel C, um den er bei betriebsfertiger Ausrichtung
der Apparatur gelegt werden kann. Er läßt sich in Form von zwei halbkreisförmigen
Abschnitten aufbringen, deren senkrecht liegende Kanten gegeneinanderstoßen und
dabei ein Undichtwerden des Ringraumes 58 verhindern. Der Kopfteilaufsatz
56
liegt derart auf dem Ringaufsatz 52, daß jede unerwünschte Lageveränderung
unmöglich ist. Zu diesem Zweck sind an der Außenseite eines jeden Aufsatzabschnittes
halbkreisförmig und im Abstand von den Unterkanten Stege 56A angeschweißt,
deren abwärts gerichtete Schenkel 56B von diesen Unterkanten einen solchen
radialen Abstand haben, daß beim
Einsetzen der Kopfteilaufsätze
56 der obere Rand des Ringaufsatzes 52 eng in die durch die Stege 56A
mit
Schenkel 56B und Außenwand des Kopfteilaufsatzes 56 gebildeten Schlitze eingepreßt
wird.
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Die Vorrichtung der Erfindung läßt sich in der gleichen Weise betreiben,
wie die in der USA.-Patentschrift 2 855 156 beschriebene Apparatur, insbesondere
bei der Herstellung von hochfeinen Decklackdispersionen, beispielsweise bei der
Gewinnung der im Beispiel 1 dieser Patentschrift beschriebenen Alkydharz-Emaille.
Man stimmt das Volumen der Mahlansätze auf das in der Sandmühle vorliegende Sandvolumen
so ab, daß die gewünschte Mahlfeinheit sichergestellt ist.
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Die neue Vorrichtung ist besonders für kontinuierlichen Durchlaufbetrieb
geeignet, da man eine gewünschte Menge eines speziellen Schlamms durch die Mühle
schicken und unmittelbar darauf einen anderen, abweichend zusammengesetzten Schlamm
zuführen kann. Selbstverständlich erfolgt dabei kurzzeitig ein Durcheinandermischen
der beiden Schlammassen.
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Es kann natürlich von Wichtigkeit sein, die Sandmühle zu reinigen,
wenn die Produktion eines Produktes spezieller Zusammensetzung unterbrochen werden
soll. In diesem Fall schickt man ein Lösungsmittel durch die Dosierpumpe, das geeignet
ist, alle Reste aus dem vorangehenden Arbeitsgang aufzunehmen und auszutragen.
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Wegen des vergrößerten Durchmessers der Siebzone kann eine ganze Sandfüllung
in der Apparatur verbleiben, obgleich ein verhältnismäßig hohes Volumen an Mahlansatz
durch die Sandmühle geht. Besonders günstig liegen die Verhältnisse, wenn die in
der Siebzone wirkenden Laufscheiben einen größeren Durchmesser haben, da dann in
der Siebzone auch ein weniger fein zermahlenes Mahlgut bequem durch die Siebmaschen
in den Ringraum 58 und über die Ablaufrinne 55 abfließt, ohne daß der Sandspiegel
in der Siebzone zu hoch wird und über den Rand der Siebwand hinausgeht.
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Da es nicht nötig ist, die Sandfüllung der Mühle zu reduzieren, wenn
man an Stelle eines hochfein vermahlenen Mahlgutes einen gröber zu vermahlenden
Einsatz durch die Apparatur schickt, ohne daß hierbei übermahlung auftritt, ergeben
sich beträchtliche Einsparungen. Bedingt durch die umfangreiche Siebzone und gegebenenfalls
die relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit der hier umlaufenden Laufscheiben kann ein
wesentlich erhöhter Sandanteil in die Siebzone strömen, ohne den Mahlvorgang in
der Apparatur zu beeinträchtigen. Darüber hinaus ermöglicht die nach innen geneigte
Wand des Ringes 14 einen ungehinderten Abfluß in die Siebzone und gleichzeitig
ein unbehindertes Rückströmen des Sandes aus der Siebzone zum Behälter 12 bei normalem
Betrieb.