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Vorrichtung zum Emulgieren von flüssigen Stoffen oder Stoffgemischen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Emulgieren von flüssigen Stoffen
oder Stoffgemischen, bestehend aus einem Behälter mit einem darin um eine Achse
umlaufenden Rührer, der die zu emulgierenden Stoffe in einem Kraftfeld etwa senkrecht
zu dessen Kraftlinien bewegt.
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Es sind Vorrichtungen zum Emulgieren bekannt, bei denen die zu emulgierenden
Stoffe einem intensiven Rührvorgang oder einer mechanischen Behandlung durch Schall-
oder Ultraschallschwingungen ausgesetzt werden. Es sind ferner mechanische Rührvorrichtungen
bekannt, bei denen zum Antrieb des aus magnetischem Werkstoff bestehenden Rührers
magnetische Kraftfelder verwendet werden, welche eine Drehbewegung ausführen und
dabei die Rührvorrichtung mitnehmen.
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Des weiteren ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die zu emulgierenden
Stoffe gleichzeitig der Einwirkung mechanischer und elektrischer Kräfte ausgesetzt
werden, indem das zu behandelnde Gut während des Emulgierens der Einwirkung strömender
oder statischer Elektrizität ausgesetzt wird; die hierfür verwendete Vorrichtung
ist besonders gekennzeichnet durch ein unter dem Flüssigkeitsspiegel der zu behandelnden
Flüssigkeit angeordnetes Rührwerkzeug und durch ein feststehendes Gegenwerkzeug,
wobei letzteres an den einen Pol einer Stromquelle, das Rührwerkzeug an den anderen
Pol angeschlossen ist. Der elektrische Strom fließt dabei über die Welle, die Spanten
und Schaufeln einer Rührvorrichtung bzw. über ringförmige Scheiben durch einen schmalen,
zwischen den Schaufeln und äußeren Stäben gelassenen Ringraum und dann über Stangen,
die fest mit dem Boden des Rührgefäßes verbunden sind, zur Erde.
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Die Erfindung bezweckt, eine in ihrem Aufbau einfache und in ihrer
Funktion wirksame Vorrichtung zum Emulgieren zu schaffen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß der oder die Rührer von einer koaxial angeordneten ortsfesten
Magnetspule umgeben sind. Hierbei befinden sich die zu emulgierenden Stoffe in einem
sich im wesentlichen, über die ganze Höhe des Behälters erstreckenden kräftigen
und leicht einregelbaren Magnetfeld, und es wird von der neuen Erkenntnis Gebrauch
gemacht, daß es für die Förderung des Emulgiervorganges wesentlich ist, daß die
zu emulgierenden Stoffe vom Rührer im wesentlichen senkrecht zur Richtung des konzentrierten
magnetischen Kraftlinienflusses bewegt werden. Dadurch wird eine sehr intensive
Auflockerung und Umschichtung des molekularen Gefüges der zu emulgierenden Stoffe
erreicht, wo-
mit der Emulgierungsvorgang bedeutend gefördert wird.
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Die Erfindung eignet sich daher besonders vorteilhaft zur Behandlung
schwer emulgierbarer Stoffe oder Stoffgemische, welche bitumenähnlichen Asphalt
und Teer sowie Pech, Kunststoffe, Mineralöle, Fette, fettige Öle, natürliche und
künstliche Harze, Gummi, Gummiersatzstoffe, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe u.
dgl. enthalten können. Der Emulgiervorgang ist auch bei schwer emulgierbaren Stoffen
in verhältnismäßig kurzer Zeit beendet, es bedarf nicht der Anwendung erhöhter Temperaturen
zur Unterstützung des Emulgiervorganges erwärmter Stoffe, und man erhält bei gleichem
Energieaufwand und/oder bei gleicher Emulgierungszeit eine besonders fein verteilte
Emulsion.
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Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Magnetspule
außerhalb des Behälters angeordnet, dessen Wandung aus einem für den magnetischen
Kraftlinienfluß durchlässigen Werkstoff besteht. Der Behälter wird dann von einem
magnetischen Kraftlinienfluß durchflutet, ohne daß die Wandungen des Behälters den
sie durchdringenden Kraftlinienfluß stören. Eine andere Ausführungsform der Erfindung
sieht vor, daß die Magnetspule innerhalb des Behälters angeordnet ist. Die Ausbildung
eines kräftigen magnetischen Kraftlinienflusses im Bereich der den Rührer umgebenden
Stoffe wird gefördert, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Rührer ganz
oder teilweise aus elektrisch leitendem
Werkstoff besteht und gegenüber
dem Gehäuse elektrisch isoliert ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es stellt dar F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der neuen Vorrichtung zum Emulgieren
von Stoffen oder Stoffgemischen, F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung
nach F i g. 1 und Fig. 3, 4 und 5 vertikale Schnittansichten durch andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Die F i g. 1, 2 und 3 veranschaulichen zwei untereinander ähnliche
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Emulgiervorrichtung.
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1 ist ein zylindrischer Behälter, der aus Werkstoffen, wie Kunststoffen,
einer aus einem Kunstharz hergestellten Substanz, mit Kunstharz behandeltem Ofenschwarz
oder Hartporzellan, bestehen kann, die für den magnetischen Kraftlinienfluß durchlässig
sind.
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Am Boden des Behälters 1 befindet sich eine Abflußleitung 2 nach
Art eines Siphons, die ein Absaugrohr 3 mit einem Ventil 4 hat, so daß die Abflußleitung
in dem Behälter 1 immer eine konstante Menge der zu emulgierenden Stoffe aufrechterhält,
die durch das Einlaßrohr 5 zugeführt werden.
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Gemäß F i g. 1 und 2 ist um die Außenwand des Behälters 1 eine aus
Kupferdraht, Kupferrohr od. dgl. bestehende Magnetspule 6 herumgelegt und befestigt
unter Zwischenfügung nicht dargestellter elektrischer Isolierstoffe oder isolierender
Schichten, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß der magnetische Kraftlinienfluß,
der durch den der Magnetspule 6 zugeführten Strom erzeugt wird, gut in den Behälter
1 einzudringen vermag.
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Die Magnetspule 6 kann auch so angeordnet sein, daß sie sich im Innern
des Emulgierbehälters 1 befindet, was aus F i g. 3 ersichtlich ist, wobei sie durch
ebenfalls nicht dargestellten elektrisch isolierenden Werkstoff abgedeckt ist.
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Der Behälter 1 ist mit einem oder mit mehreren Rührern 8 versehen,
deren Gestalt dem Verwendungszweck angepaßt ist, sowie mit einer Antriebswelle 7
für jeden Rührer, die gegenüber der Außenseite elektrisch isoliert ist; beide Teile,
nämlich die Antriebswelle 7 und ihr Rührer 8, werden durch außenliegende Teile,
und zwar durch die Riemenscheibe 9, den Treibriemen 10 und den Elektromotor 11 angetrieben.
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Wenn die Rührer 8 ganz oder teilweise aus elektrisch leitendem Werkstoff,
wie Metall oder Metalloxyd, bestehen und nach außen elektrisch isoliert sind, dann
verbessern sie das Hereinholen des Kraftlinienflusses nach der Mitte des Emulgierbehälters
und steigern die erfindungsgemäß erstrebte Wirkung.
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Der Vorgang des Emulgierens wird wirksamer, wenn der Behälter 1 gemäß
F i g. 2 an seiner zylindrischen Innenseite mit Vorsprüngen versehen ist, die zusammen
mit dem Rührer einen unregelmäßigen Spalt bilden, durch den das Gemisch der emulgierten
Stoffe dem Absaugrohr 3 zufließt.
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Der Behälter 1 kann mit zwei oder mehr Magnetspulen 6 versehen sein.
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Wenn die Magnetspule 6 zur Erzeugung des Kraftlinienflusses mit einem
Mittel- oder einem Hochfrequenzstrom gespeist wird, dann besteht die Magnetspule
zweckmäßig aus einem Kupferrohr, so daß sie durch Hindurchleiten von Wasser oder
einem anderen Kühlmittel gekühlt werden kann.
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Wie sich aus F i g. 3 deutlich ergibt, macht es der Einbau der den
Kraftlinienfluß erzeugenden Magnetspule 6 in den Behälter 1 möglich, daß der gesamte
Kraftlinienfluß den Behälter durchdringt, wodurch eine weitere Steigerung der erfindungsgemäß
erstrebten Wirkung erreicht wird.
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Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach den F i g. 1, 2 und 3 arbeiten
wie folgt: Die Rührer 8 werden durch den Elektromotor 11 in Umdrehung versetzt.
In dem Behälter 1 wird ein Kraftlinienfluß 12 erzeugt, indem eine oder mehrere Magnetspulen
6 mit einem geeigneten Strom, vorzugsweise einem Wechselstrom, mit einer Frequenz
und Wellenlänge, welche den Eigenschaften der zu emulgierenden Stoffe angepaßt sind,
gespeist wird.
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Wenn Mittel- oder Hochfrequenzstrom verwendet wird, dann sollte die
Magnetspule gekühlt werden, indem Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel
durch das die Magnetspule bildende Rohr hindurchgeleitet wird.
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Zunächst ist das Ventil 4 des Absaugrohres 3, welches am Boden des
Behälters 1 angeordnet ist, geschlossen. Dann werden durch das Einlaßrohr 5 die
zu emulgierenden Stoffe oder Stoffgemische in der erforderlichen Menge kontinuierlich
eingespeist. Die zu emulgierenden Stoffe werden durch den Rührer 8 bewegt, so daß
sie den Kraftlinienfluß kreuzen. Nach Erreichung des gewünschten Emulgierungsgrades
fließen die emulgierten Stoffe durch die siphonartige Abflußleitung 2, die am Boden
des Behälters 1 angeordnet ist, gleichmäßig und langsam nach außen.
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Nach Beendigung des Arbeitsganges wird das in dem Absaugrohr 3 gelegene
Ventil 4 geöffnet, um das in dem Behälter 1 verbliebene Gemisch zu entleeren.
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Die Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau nach Fig. 1 bis
3 ist sehr nützlich, vor allem beim kontinuierlichen Arbeitsgang. Andererseits sind
die aus den F i g. 4 und 5 ersichtlichen Vorrichtungen vornehmlich für den diskontinuierlichen
Arbeitsgang geeignet.
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Gemäß F i g. 4 ist seitlich von einem Vorratsbehälter 14, der aus
Eisenplatten od. dgl. bestehen kann und eine Öffnung 13 hat, der zylindrische Behälter
1, in dem das Emulgieren ausgeführt wird, befestigt, der aus Werkstoffen, wie Kunststoffen,
Kunstharz, mit Kunstharz behandeltem Ofenschwarz, Hartporzellan od. dgl., besteht,
also aus Werkstoffen, die von einem magnetischen Kraftlinienfluß leicht durchdrungen
werden. Der Behälter 1 ist mit zwei Magnetspulen 6, einer Antriebswelle7, zwei Rührern
8, die aus leitfähigem Werkstoff bestehen können, einer Riemenscheibe 9, einem Treibriemen
10 und einem Elektromotor 11 in ähnlicher Weise versehen wie der Behälter 1 gemäß
Fig. 1, 2 und 3. An einer geeigneten Stelle der unteren Verbindung zwischen dem
Vorratsbehälter 14 und dem für das Emulgieren vorgesehenen Behälter 1 ist auf einer
Antriebswelle 15 eine Flügelradpumpe 16 angebracht und derart angeordnet, daß der
vorgemischte Inhalt des Vorratsbehälters 14 zwangsweise in den Behälter 1 gefördert
wird. Der Inhalt des Vorratsbehälters 14 wird umgewälzt durch das von der Antriebswelle
18 in Umlauf gesetzte rührende Flügelrad 17, das durch den Elektromotor 11' oder
eine andere geeignete entsprechende Antriebsvorrichtung in Umdrehung versetzt wird.
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Der Arbeitsgang der Vorrichtung nach F i g. 4 ist kurz zusammengefaßt
der folgende:
Eine bestimmte Menge der zu emulgierenden Stoffe wird
in den Vorratsbehälter 14 durch die Öffnung 13 eingebracht unter Betätigung des
Flügelrades 17. Danach wird zur Flüssigkeitsförderung die Flügelradpumpe 16 eingeschaltet,
wodurch das in dem Vorratsbehälter 14 befindliche Gemisch zwangsweise in den Behälter
1 gefördert wird, in dem der eigentliche Emulgierungsvorgang vollzogen wird.
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Während die Rührer 8 mit Hilfe des Elektromotors 11 über den Treibriemen
10 und die Riemenscheibe 9 in Umdrehung versetzt werden, wird Strom in die Magnetspulen
6 geschickt, wodurch ein den Behälter 1 in senkrechter Richtung durchflutender Kraftlitiienfluß
in ähnlicher Weise erzeugt wird, wie das für die Ausführungen nach F i g. 1, 2 und
3 beschrieben wurde. Die Rührer 8 bewegen die zu emulgierenden Stoffe im wesentlichen
senkrecht zum magnetischen Kraftlinienfluß. Auf diese Weise werden die zu emulgierenden
Stoffe, die in dem Vorratsbehälter 14 vorbereitend gemischt wurden, beim Hindurchgang
durch den Behälter 1 leicht und vollkommen emulgiert.
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F i g. 5 zeigt abweichend von F i g. 4 lediglich, daß die Magnetspulen
6 in das Innere des Behälters 1 verlegt sind. In diesem Fall kann eine weitere Verbesserung
der Wirksamkeit gegenüber derjenigen nach Fig. 4 dadurch erhalten werden, daß der
gesamte magnetische Kraftlinienfluß den Behälter 1 durchdringt.