DE19608222A1

DE19608222A1 - Dispersing pump for producing emulsions and dispersions

Info

Publication number: DE19608222A1
Application number: DE19608222A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Hensel; Alf Jahn
Original assignee: FLUID TECHNOLOGIE GmbH
Current assignee: FLUID TECHNOLOGIE GmbH
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1996-07-18

Abstract

A dispersing pump for advancing and simultaneously mixing various materials and substances in process technology, has special dispersing elements in the scoop channels or in the running wheel outlet regions, and a dispersing crown in the housing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe mit integrierter Dispergier- und Homogenisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a centrifugal pump with an integrated dispersing and Homogenizing device according to the preamble of claim 1.

Dispergierpumpen dienen der Herstellung von Emulsionen und Suspensionen als stabile Mischung aus verschiedenen Stoffen bei gleichzeitiger Erzeugung eines För derimpulses, der in der Lage ist, die zu mischenden Ausgangsstoffe anzusaugen und die erzeugte Stoffmischung mit einer Druckerhöhung durch Energiezufuhr in die abgehende Rohrleitung zu fördern.Dispersion pumps are used to manufacture emulsions and suspensions stable mixture of different substances with simultaneous production of a för derimpulses, which is able to suck in the raw materials to be mixed and the mixture of substances produced with an increase in pressure by supplying energy to the promote outgoing pipeline.

Entscheidend für die Wirksamkeit von Dispergierpumpen ist die Anordnung von Ar beitselementen und deren Formgestaltung im Laufrad oder Gehäuse der Kreisel pumpe, mit denen der gewünschte Dispergiereffekt zu erreichen ist bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Förderleistung.The arrangement of Ar is decisive for the effectiveness of dispersion pumps beitselemente and their shape in the impeller or housing of the gyroscope pump with which the desired dispersing effect can be achieved at the same time Ensuring adequate funding.

Bekannte Rotations-Dispergiermaschinen, u. a. aus DE-AS 11 82 043 zu entnehmen, besitzen Rotorkranzscheiben mit verschiedenartig geformten Öffnungen und Zähnen am Umfang, die sich in Statoren drehen und dadurch Mischvorgänge mit unter schiedlichen physikalischen Ursprung (Schereffekte, Kavitationseffekte) erzeugen. Diese Dispergiermaschinen haben eine hohe Mischwirkung, aber nur eine geringe Förderleistung, so daß zusätzliche Arbeitsmaschinen (Pumpen bzw. Gebläse) in der Anlage erforderlich sind, um eine Fortbewegung der Stoffe zu erreichen. Verschiedene Erfindungen haben deshalb das Ziel, die Förderleistung von Disper gier- bzw. Homogenisierungsmaschinen zu verbessern, indem auf bewährte Bau elemente aus der Pumpentechnik, insbesondere Laufräder, zurückgegriffen wird.Known rotary dispersing machines, u. a. from DE-AS 11 82 043 have rotor ring disks with differently shaped openings and teeth on the circumference, which rotate in stators, thereby mixing processes with under different physical origin (shear effects, cavitation effects). These dispersing machines have a high mixing effect, but only a low one Conveying capacity, so that additional machines (pumps or blowers) in the system is required to get the substances moving. Various inventions therefore have the aim of promoting Disper to improve yaw or homogenization machines by relying on proven construction elements from pump technology, in particular impellers.

Die DE-A1-32 43 671 offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pulv riger Stoffe mit Flüssigkeiten, in deren Mischkammer eine berippte rotierende Schei be, als Pumpenrad bezeichnet, angeordnet ist, die der darüber befindlichen Flüssig keit eine Wirbelbewegung aufprägt, die mit einer radial steigenden Druckverteilung verbunden ist. In diese an sich stabile Wirbelstruktur greifen die Leitbleche des Auf gaberohres hinein und bewirken eine intensive Vormischung und Benetzung der pulrigen Komponente. Entsprechend der Druckverteilung im Wirbel ergibt sich eine Förderwirkung durch die am Umfang befindlichen Zahnkränze. Der Anspruch, die Zahnkränze ohne radiale Zwischenräume auszuführen, bewirkt jedoch im Gegensatz zur Zielstellung dieser Erfindung, eine sehr starke Scherwirkung, die die Gefahr der mechanischen Überbeanspruchung des Mediums beinhaltet.DE-A1-32 43 671 discloses a device for continuous powder mixing substances with liquids, in the mixing chamber of which a ribbed rotating disc be, referred to as an impeller, is arranged, the liquid located above a vortex movement, which with a radially increasing pressure distribution connected is. The baffles of the pick up in this stable swirl structure into the tube and cause an intensive premixing and wetting of the powdery component. According to the pressure distribution in the vortex, one results Promotional effect thanks to the gear rings on the circumference. The claim that Constructing sprockets without radial gaps, however, does the opposite to the object of this invention, a very strong shear effect, the risk of mechanical overloading of the medium includes.

Die DE-A1-41 37 179 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Wasser-in-Öl- Emulsion, die ebenfalls ein radiales Pumpenlaufrad enthält, um damit die gewünsch te Zirkulation zu erreichen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß für Radialpum pen bei Betrieb in der Nähe des sogenannten Anspringpunktes eine hohe innere Wechselwirkung des Mediums an sich und speziell mit zusätzlich beigefügten Kom ponenten bewirkt wird. Ein Teil des geförderten Mediums wird über einen Rezirkula tionskreislauf der Saugkammer erneut zugeführt. Das Druckniveau dieser Vorrich tung zur Emulsionsbildung soll so hoch liegen, daß Kavitation in jedem Fall vermie den werden soll, um die Emulsion durch die Wasserdampfblasen nicht wieder zu zerstören. Diese Vorrichtung ist primär auf den Einsatz dünnflüssiger Komponenten abgestimmt und bedürfte zum Einsatz bei höheren Viskositäten eine tief eingreifen de Modifizierung des gesamten Aufbaues. DE-A1-41 37 179 shows a device for generating a water-in-oil Emulsion, which also contains a radial pump impeller to achieve the desired to achieve circulation. It takes advantage of the fact that for radial pump When operating near the so-called light-off point, a high internal Interaction of the medium itself and especially with the additional comm components is effected. Part of the funded medium is transferred to a recircula tion circuit of the suction chamber supplied again. The pressure level of this device Processing for emulsion formation should be so high that cavitation is avoided in any case which should be so that the emulsion is not closed again by the water vapor bubbles to destroy. This device is primarily based on the use of low viscosity components coordinated and would require a deep intervention for use with higher viscosities de Modification of the entire structure.

Schließlich ist aus der DE-A1- 33 42 304 eine Homogenisiermaschine bekannt, bei der eine gesteigerte Förderarbeit neben guten Mischeigenschaften durch einen Ro tor erzielt wird, der an den Stirnflächen mit Aussparungen aufweisende Kränze be sitzt und bei der eine zweite Pumpenstufe nachgeschaltet werden kann. Als Bedin gung für den guten Wirkungsgrad des ersten Rotors wird der Erhalt des konstanten Querschnittes zwischen den einzelnen radial angeordneten Kränzen des Rotors und Gehäuses angegeben. Es ist jedoch bekannt, daß der geometrisch vorliegende freie Querschnitt nicht mit dem strömungstechnisch wirksamen freien Durchflußquer schnitt identisch ist. Je nach Lage des Strömungsvektors im Relativsystem zur rotie renden Zahnlücke werden Stoßverluste auftreten, die bewirken, daß die zugeführte elektrische Antriebsleistung sich nicht in einer Erhöhung der Förderarbeit, sondern in einer Erhöhung der Mediumstemperatur, d. h. Energiedissipation, widerspiegelt.Finally, a homogenizing machine is known from DE-A1- 33 42 304, at which increased conveying work in addition to good mixing properties through a ro goal is achieved, the wreaths with recesses on the end faces sits and at which a second pump stage can be connected. As bedin The constant rotor is maintained for the good efficiency of the first rotor Cross section between the individual radially arranged rings of the rotor and Housing specified. However, it is known that the geometrically present free Cross-section not with the fluidically effective free flow cross cut is identical. Depending on the position of the flow vector in the relative system to the rotie Shaping tooth gap will occur, causing the supplied electric drive power is not an increase in funding, but in an increase in the medium temperature, d. H. Energy dissipation, reflects.

Alle diese Vorrichtungen und Maschinen zeichnen sich deshalb dadurch aus, daß die Arbeitselemente zum Erzeugen der Dispergier- und Homogenisierungsvorgänge und das Pumpenlaufrad getrennte Baueinheiten darstellen bzw. Rotoren ohne hy drodynamisch ausgebildete Schaufelkanäle besitzen. Der Herstellungsaufwand dieser Maschinen ist damit nicht unerheblich, wobei oft nicht die gewünschten Förder- und Mischleistungen erreicht werden.All these devices and machines are therefore characterized in that the working elements for producing the dispersing and homogenizing processes and the pump impeller represent separate units or rotors without hy have drodynamically designed blade channels. The manufacturing cost of these machines is not insignificant, although often the desired delivery and mixing performance cannot be achieved.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dispergierpumpe mit in das Laufrad integrierten Arbeitselementen zur Erzeugung der Mischvorgänge zu schaffen.Proceeding from this, the object of the invention is a dispersing pump with working elements integrated into the impeller to generate the mixing processes to accomplish.

Diese Aufgabe wird durch eine Dispergierpumpe mit den Merkmalen des Anspru ches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Dispergierpumpe sind in den Un teransprüchen angegeben.This task is accomplished by a dispersing pump with the characteristics of the claim ches 1 solved. Advantageous embodiments of the dispersion pump are in the Un claims specified.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die Dispergier-Arbeitselemente bereits in den Strömungsaustritt eines beschaufelten Radialrades oder in den Schaufelkanal selbst angeordnet werden können. Aus strömungstechnischer Sicht entstehen durch Stoßanströmung der eingesetzten Dispergierelemente hohe örtliche Übergeschwindigkeiten, die durch die einsetzende nachfolgende Strömungsablö sung zur Bildung von abschwimmenden Wirbelstrukturen und starken Scherspan nungen in der Strömung führen, mit denen der zu erzielende Misch- und Homoge nisierungseffekt erreicht wird.The invention is based on the consideration that the dispersing working elements already in the flow outlet of a bladed radial wheel or in the Blade channel itself can be arranged. From a fluidic perspective high local currents arise due to the impact flow of the dispersing elements used Overspeeds caused by the subsequent flow separation solution for the formation of floating vortex structures and strong shear cutting lead in the flow with which the mixing and homogeneity to be achieved nization effect is achieved.

Die Erfindung ermöglicht damit eine besonders kompakte Ausführung einer Disper giermaschine mit hohen energetischen Wirkungsgraden, bezogen auf die Gleichzei tigkeit des Mischeffektes und der Förderarbeit.The invention thus enables a particularly compact embodiment of a disper yaw machine with high energy efficiency, based on the simultaneous activity of the mixing effect and the promotional work.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and will described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Dispergierpumpe in Schnittdarstellung; . Figure 1 is a dispersion pump in sectional view;

Fig. 2 ein Laufrad mit Dispergierarbeitselementen; Fig. 2 is an impeller with Dispergierarbeitselementen;

Fig. 3 Dispergierkranz. Fig. 3 dispersing ring.

Die Dispergierpumpe gemäß Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein Laufrad 1 angeordnet ist, welches mit verschiedenartig geformten Dispergierelemen ten 3 bestückt ist, wobei gleichzeitig im Gehäuse ein Dispergierkranz 4 angebracht ist. Vor dem Laufrad befindet sich weiterhin ein Rührer 5 als Element zur Verbesse rung der Vormischung.The dispersing pump of FIG. 1 comprises a housing 1, in which an impeller is arranged 1, th with variously shaped Dispergierelemen is fitted 3, is at the same time mounted in the housing a Dispergierkranz. 4 In front of the impeller there is also a stirrer 5 as an element for improving the premix.

Die Fig. 2 zeigt das Laufrad 2 mit unterschiedlichen Dispergierelementen, die ent weder am Laufradumfang angeordnet sind und dabei eine zylindrische (6) oder rechteckige (7) Form aufweisen, oder im Raum zwischen den Schaufeln (8) ange bracht sind. Fig. 2 shows the impeller 2 with different dispersing elements, which are arranged ent neither on the impeller circumference and have a cylindrical (6) or rectangular ( 7 ) shape, or in the space between the blades ( 8 ) are introduced.

Eine Ausführungsvariante eines Dispergierkranzes ist aus Fig. 3 ersichtlich. Dieser Dispergierkranz besteht aus einem massiven Stützring 11 und einem geschlitzten Arbeitsring 12.An embodiment variant of a dispersing ring is shown in FIG. 3. This dispersing ring consists of a solid support ring 11 and a slotted working ring 12 .

Die zu mischenden Stoffe werden an der Saugseite 9 der Pumpe angesaugt, wobei der Saugvorgang durch einen Rührer 5 unterstützt wird. Die Stoffe treten dann in den Schaufelkanal des Laufrades 2 ein und erfahren dabei eine Energiezufuhr, die zur Beschleunigung der Stoffortbewegung im Laufrad führt. Im Laufradbereich tref fen die Stoffe erstmalig auf die eingesetzten Dispergierelemente 8, wobei örtlich dem geordneten Strömungsfeld Wirbelstrukturen aufgeprägt werden, die im Kern mit starken Druckabsenkungen verbunden sind.The substances to be mixed are sucked in on the suction side 9 of the pump, the suction process being supported by a stirrer 5 . The substances then enter the blade channel of the impeller 2 and experience an energy supply that accelerates the movement of the material in the impeller. In the impeller area, the substances meet for the first time on the dispersing elements 8 used , with vortex structures being locally impressed on the ordered flow field, which in the core are associated with strong pressure drops.

Dieser eingeleitete Dispergier- und Homogenisierungsprozeß wird weiter durch die am Umfang des Laufrades befindlichen Dispergierelemente 6 bzw. 7 intensiviert. Der zu erzielende Mischeffekt wird im Dispergierkranz 4 abgeschlossen, der im Ge häuse angeordnet ist. Die Stoffmischung verläßt dann an der Druckseite 10 die Ma schine.This initiated dispersion and homogenization process is further intensified by the dispersing elements 6 and 7 located on the circumference of the impeller. The mixing effect to be achieved is completed in the dispersing ring 4 , which is arranged in the housing Ge. The mixture of substances then leaves the machine on the pressure side 10 .

Claims

1. Dispersing pump for conveying and simultaneously mixing different media and substances, in particular for process engineering, characterized in that in a centrifugal pump special dispersing elements are arranged in the blade channels or in the outlet area of the impeller and there are dispersing rings in the housing or in the blade channel.

2. Dispersion pump according to claim 1, characterized in that the dis Pearling elements in the vane channels made of cylindrical and rectangular bodies or other geometric shapes exist.

3. Dispersing pump according to claim 1, characterized in that before that Impeller a stirring element is arranged.

4. Dispersion pump according to claim 1, characterized in that the Ge dispersing ring located in the housing consisting of a solid support ring and a ge slotted working ring.

5. Dispersing pump according to claim 1, characterized in that the dis Pergierkranz is arranged in the impeller area and the impeller blades on this Point are interrupted.

6. Dispersing pump according to claim 1, characterized in that in addition to egg Other radially designed impeller, such as Free flow, channel or paddle wheel can be used.

7. Dispersing pump according to claim 1, characterized in that several Impellers are arranged one behind the other as a multi-stage design.