DE2126678A1

DE2126678A1 - Desaggregationsvorrichtung zur Herstellung von Dispersionen mit hohem Dispersionsgrad

Info

Publication number: DE2126678A1
Application number: DE19712126678
Authority: DE
Inventors: Tamas Dipl.-Bergbauing.; Barna Janos Dipl.-Chem. Dr.; Egri Alajos; Kaplar Zsigmond Dr.; Majtenyi Tibor Dipl.-Bergbauing.; Budapest. P BOId 59-00 Apostol
Original assignee: Banyaszati Kutato Intezet
Current assignee: Banyaszati Kutato Intezet
Priority date: 1970-12-22
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1972-07-13
Also published as: AT324284B; CH568097A5; YU34624B; RO60908A; YU318771A; PL70996B1; HU162529B; FR2119565A5; IT944204B; GB1379603A

Description

DA-7478·

Beschreibung

zu der
Patentanmeldung

der

Banyaszati Kutato Intezet, Budapest Hl/Ungarn, Mikoviny u.2

betreffend

Desaggregatlötvorrichtung zur Herstellung von Dispersionen mit hohem Dispersion sgrad

(Priorität: 22. Dezember 1970 - Ungarn - BA-2514)

Die Erfindung ist eine De saggregat lötvorrichtung, mit der bei wesentlich geringerem Energieverbrauch und in bedeutend kürzerer Zeit kontinuierlich Dispersionen mit hohem Dispersitätsgrad hergestellt «erden können·

Auf zahlreichen Gebieten der Industrie, so in der Konservenindustrie, bei chemischen Reaktionen, bei der Herstellung organophiler Tonmineralien, berffasserreinlgung, bei Tiefbauten, in der feinkeramischen Industrie, Email- und Farbenlnduatrie, bei hydraulischen Bindemitteln, bei Baumaterialien, bei Schaumkunststoffen, usw., hat der erreichbare, bzw. erzielte Dispersion sgrad eine gross«) Bedeutung, da

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bei Sicherung eines entsprechenden Dispersion ggrades beim Materialverbrauch bedeutende Einsparungen möglich sind und auch die Materialqualität stark verbessert werden kann.

Zum Erreichen des entsprechenden Dispersion sgradea wurden früher verschiedene Befeuchtungs-, Zerkleinerungs-Mahl- und Mischverfahren angewandt, die in neuerer Zeit durch Verfahren abgelöst wurden, die mit Scherung oder Stoss arbeiten, und diese wurden dann durch das geeignetste Desaggregationsverfahren, das mit Stoss während der Scherung arbeitet, abgelöst. Die Desaggregation durch Stoss während der Scherung ist erfolgreicher und moderner als alle bisher bekannten Verfahren, dennoch ist es nicht seinem Wert entsprechend verbreitet weil - bisher noch keine Vorrichtung hergestellt werden konnte, die während einer langen Betriebszeit die Desaggregationsprozesse in entsprechender Menge und Qualität hätte ausführen können. Bei den bekannten Desaggregationsvorrichtungen waren vor allem hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit . die Ergebnisse nicht zufriedenstellend.

Die bekannten Desaggregationsvorrichtungen ermöglichen keine Rezirkulation, da bei diesen der Desaggregationsprozess im Falle der Rezirkulation diskontinuierlich wird.

Die Rezirkulation ist deshalb notwendig, weil die Struktur des zu desaggregierenden, zu dispergierenden Materials nur stufenweise abgebaut werden kann (z.B. beim Bentonit und ähnlichen Materialien) und weil zum Erreichen des entsprechenden Schereffektes eine entsprechende Viskosität erforderlich ist, die in vielen Fällen nur durch Rezirkulation zu erreichen ist.

Die diskontinuierliche Rezirkulationstechnologie der bekannten Desaggregationsvorrichtungen birgt die Gefahr in sich, dass einzelne Materialteile öfters, andere seltener den Stossprozess während der Scherung durchmachen? das erhaltene Produkt wird also inhomogen sein.

Bei den bekannten Desaggregationsvorrichtungen wird im allgemeinen eine Scheibe mit einer dicht gezahnten Krone und

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eine ebenfalls dicht gezahnte stehende Gegenscheibe angewandt, die zwischen die Zähne der Scheibe eingreift. Bei diesen strömt daszu desaggregierende_r zu dispergierende Material von innen nach aussen, im äusseren Desaggregationsteil erhöht sich seine Geschwindigkeit und im äusseren Teil steht für das Material ein grosser Raum zur Verfügung, demzufolge in der Desaggregationsvorrichtung eine starke Kavitation auftritt. Infolge der Kavitation werden auf die Festkörperteilchen, bzw. auf die Flüssigkeitsteile verhältnismässig wenige Schereffekte ausgeübt und auch der Energiebedarf ist hoch.

Bin weiterer Nachteil der bekannten Desaggregationsvorrichtungen besteht darin, dass in diesen die Festkörperteilchen und die Flüssigkeitsteile in radialer Richtung strömen und in den radial gerichteten Durchflusspalten infolge der auftretenden Reibung einen grossen Teil ihrer Energie verlieren. Die verlorene Energie verringert die für die Scherung verwendbare Energiemenge.

Ein weiterer Fehler der bekannten Desaggregationsvorrichtungen besteht darin, dass der Schereffekt bei diesen nur durch Aenderung der Umdrehungszahl geändert werden kann« Infolge der Kavtetion und der grossen Reibungskräfte liegt der Energieverbrauch sehr hoch, die Vorrichtungen werden veriältnismässig schnell abgenützt und können nicht weiter verwendet werden.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Desaggregationsvorrichtung, die kontinuierlich im Rücklauf arbeitet, bei der bein Rücklauf jeder Teil der zu aggragierenden, zu dispergierenden Materialien praktisch Reiche Zahl von Stoss- -Scherungsprozessen durchmacht, in welcher die hergestellte Dispersion einen hohen Dispersitätsgrad besitzt und vollkommen homogen ist, in der keine Kavitation und stärkere Reibungskräfte auftreten, der Scherungseffekt ohne Aenderung der Umdrehungszahl leicht, schnell und kontinuierlich geändert werden kann, die leicht bedient werden kann, auch durch längere Betriebszeit betriebssicher funktioniert, und bei Ver-

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brauch, weniger Energie in kurzer Zeit die Desaggregation, die Dispersion einer grossen Menge Materials durchführen kann·

Die erfindungsgeraässe Desaggregationsvorrichtung lost das gesetzte Ziel dadurch, dass zur Stoss-Schemng des zu desaggregierenden, zu dispergierenden Materials ein Laufrad und eine Scheibe mit ineinandergreifenden bzw· nebeneinander angeordneten Zahnkränzen angewandt wird, die ringförmigen durchgeströmten Querschnittsflächen des vom strömenden Stoff ausgefüllten Raumes zwischen den Zähnen, die vertikal zur Richtung der Materialströmung sind, auf den ganzen mit Zähnen besetzten Teil der Vorrichtung praktisch gleich gross sind und dass sich in den Zahnkränzen der Vorrichtung zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Zähnen durch diese begrenzte zum Umfang des Zahnkranzes eine schräge Materialströmung si» chernde Durchlassöffnungen befinden, von denen die öffnungen in den Zahnkränzen des Laufrades in Richtung der Materialströmung betrachtet mit der Drehrichtung des Umfanges einen stumpfen Winkel einschliessen.

Bin weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin , dass die Oberfläche gegen die Zahnkränze des Laufrades und/oder der Scheibe konisch oder zylindrisch ausgebildet ist. ·

Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad und/oder die Scheibe so gelagert sind, dass sie einanderfjenähert oder voneinander entfernt werden können·

Ein Kennzeichen der Erfindung ist noch, dass die gegenüberliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze zylindrisch sind· ■

Ein Kennzeichen der Erfindung ist schliesslich, dass die gegenüberliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze konisch sind·

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele beschrieben, wo

Abb. 1 ein prinzipielles Schema eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung,

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Abb.2 das Bild des Laufrades des in Abb, I dargestellten Ausführungsbeispiels, ,

Abb. 3 schematisch in Querschnitt eine modifizierte Form der in Abb. 1 dargestellten Ausführung

Abb. 4 ist eine weitere Ausführungsform, bei der das zu desaggregierende, zu dispergierende Material durch den ringförmigen Raum entlang dem Umfang des Laufrades und der Scheibe in Achsenrichtung strömt,

Abb. 5 eine modifizierte Ausführungsform,, die der in Abb. 4 ähnlich ist, mit der Abweichung, dass hier abwechselnd mehrere Laufräder und Scheiben hintereinander angeordnet sind. |

Bei der Ausführungsforra der erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung nach Abb. 1 ist das Laufrad 1 auf der Achse 2 befestigt und kann damit zugleich gedreht werden. Die Achse 2 ist im Lager 4 , das auf dem Gehäuseteil 3 der Vorrichtung ausgebildet ist, drehbar gelagert» Aus dem mittleren Teil des als Scheibe 5 ausgebildeten Gehäuseteils, der mit dem Gehäuseteil 3 der Vorrichtung auf irgendeine bekannte Weise zusammengebaut ist, ragt ein Anschlusstutzen 6 heraus, der zum Anschluss der Vorrichtung an eine Rohrleitung, bzw. zur Einführung des zu dispergierenden Materials in das Innere des Gehäuses 3, 5 dient· Das eingeströmte Material wird durch den Austritt stutzen 7 entfernt. f

Auf der Oberfläche des Laufrades 1 gegenüber der Scheibe 5 befinden sich aus Zähnen ausgebildete Zahnkränze 8 . Diese Zahnkränze liegen voneinander radial in solchem Abstand, dass die von der Scheibe einwärts ragenden aus Zähnen gebildeten Zahnkränze 9 dazwischen geschoben werden können. Die Scheibe 5 bewegt sich mit den Zahnkränzen 9 zusammen, beim Betrieb drehen sich also die Zahnkränze 8 zwischen den Zahnkränzen 9 in Richtung des in Abb. 2 dargestellten Pfeiles IO .

Zwischen den Zähnen der rotierenden Zähnkränze 8 befindet sich de eine öffnung 11 , die schräg zum Umfang des

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Zahnkranzes ausgebildet sind. Ihre Richtung schlieast in Richtung der Materialatrömung betrachtet mit der Umfangsdrehrichtung einen stumpfen Winkel ein. So üben die Seitenflächen dieser Öffnungen auf das Material eine ähnliche Wirkung aus, wie z.B. ein rotierendes Schaufelrad einer Zentrifugalpumpe, d.h. sie können das Material auf eine gewisse Höhe heben, bzw. fördern.

Das zu desaggregierende, zu dispergierende Material strömt zwischen den Zähnen der aus der Scheibe 5 herausragenden Zahnkränze 9 durch ähnliche Öffnungen 12 . Diese Öffnungen können aber von den Öffnungen 11 der Zahnkränze 8 auch abweichend sein, indem die Öffnungen 12 in Richtung der Materialströmung betrachtet mit der Umfangsdrehrichtung anstatt eines stumpfen Winkels einen spitzen V/inkel einschliessen.

Diese Ausgestaltung der Öffnungen 11, 12 der Zahnkränze 8 bzw· 9 ermöglicht die Weiterbeförderung des dazwischen durchströmenden Materials, sichert weiters aus strömungstechnischen Gründen, dass das durchströmende Material durch die Öffnungen bei geringen Reibungskräften strömt, bzw. die zu desaggregierenden Teilchen einer starken Stosswirkung unterworfen werden. Diese Durchströmungsweise ist gegenüber der bisher angewandten radialen Durchströmung sehr vorteilhaft.

Bei der in Abb. 1 schematisch dargestellten Ausführung ist die Wand des Gehäuseteils 3 vertikal zur Achse 2 , die zahnseitige Fläche 13 des Laufrades 1 hat einen etwas gebogenen Querschnitt und die innere Fläche der Scheibe 5 ist konisch. Die Fläche 13 und die innere Fläche der Scheibe 5 , sowie der mit dem zu dispergierenden Material ausgefüllte Raum zwischen den Zahnkränzen 8 bzw. 9 haben eine solche Forn und Abmessung, dass die zur Richtung der Materialströmung vertikalen ringförmigen Querschnittsflächen aus dem Anschlusstutzen ausgehend überall- gleich gross sind. Das bedeutet, dass von der Achsenlinie 14 auswärts radial betrachtet bei je einem vorgestellten ringförmigen Querschnitt

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die Aenderung des Radius - folglich die Län&ouänderung des Umf anges - durch Aenderungen der Breitenabmessung des ringförmigen Querschnittes ausgeglichen ist. Demzufolge strömt das durch den Anschlusstützen 6 einströmende Material, sich zwischen der Fläche 13 und der Scheibe 5 ausbreitend, auf die Weise^^rass es trotz Erhöhung seiner Geschwindigkeit den Raum zwischen der Fläche 13 und der Scheibe 5 restlos ausfüllt, also keine die Durchströmung nachteilig beeinflussende Kavitation auftreten kann.

Die Ausführungsform nach Abb. 3 weicht von der Ausführung nach Abb. 1 darin ab, dass die Flächen der aus dem λ Laufrad 1 herausragenden Zähne 8a entlang dem Umfang der Zahnkränze nicht zylindrisch sondern konisch ausgebildet sind. Aehnliche Flächen begrenzen die Umfangsflächen der aus den Zähnen 9a bestehenden Zahnkränze, die aus der Wand der Scheibe 5a herausragen. Bine weitere Abweichung ist, dass die Scheibe 5a auf irgendeine bekannte Weise z.B. mit einer Schraubenverbin dung 15 in Richtung des Laufrades 1 oder davon sich entfernend bewegt werden kann, also die Breite der Spalten 16 zwischen den Seitenflächen der Zähne der Zahnkränze 8a und 9a und dadurch der Scherungseffekt ohne Aenderung der Umdrehungszahl des Laufrades

I geändert werden kann. _v

Bei der in Abb. 4 dargestellten Ausführungsweise der i erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung strömt das in den Anschlusstützen 6 eingeströmte zu dispergierende Ma-* terial nur durch den äusseren kreisringförmigen Teil des Laufrades 17 und der stehenden Scheibe 18 . Beim Laufrad 17 gibt es nur einen einzigen Zahnkranz, dessen Zähne die ganze Breite des Durchflussringfeldes ausfüllen. Die öffnungen 19 sind ebenso hoch wie die sie bildenden Zähne. Die öffnungen 19 schliessen mit der Umfangsdrehrichtung des Laufrades 17 einen ebensolchen Winkel ein wie die öffnungen

II auf dem Laufrad 1 bei der Ausführung nach Abb₀ 1 · Die Öffnungen 21 zwischen den Zähnen 20 der stehenden Scheibe 18 sind ebenso hoch wie die Öffnungen 19 . Die Rich-

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tung der Öffnungen 21 ist ähnlich, der Richtung der Öffnungen 12 bei der Ausführung nach Abb. 1.

Die Ausführung nach Abb. 5 ist dem '.Vesen nach identisch mit der nach Abb. 4 , mit der Abweichung, dass hier abwechselnd mehrere Laufräder und stehende Scheiben hintereinander angeordnet sind. Die Breite der Spalte zwischen . den Laufrädern 17 und stehenden Scheiben 18 - und damit auch der Scherungseffekt - kann auch einstellbar ausgebildet werden·

Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemässen Desaggregationsvorrichtung sind folgende:

Sie ermöglicht nicht die Ausbildung von schädlichen Kavitationen. Auch die Grosse der bei der Durchströmung auftretenden Reibungskräfte wird verringert, was durch die erfindungsgemässe Ausbildung der öffnungen bzw. Spalten gesichert wird. Als Ergebnis beträgt - gemäss den Messungen der Energiebedarf der Desaggregation, Dispergierung bzw. Scherung nur 27-29% des Energiebedarfs der bekannten Vorrichtungen.

Infolge der Beseitigung der Kavitation erhöht sich bedeutend der Scherungseffekt und es können kolloide Dispersionen solcher Materialien hergestellt werden, die mit den bisher bekannten Vorrichtungen nicht auf entsprechende Feinheit dispergiert, bzw. zur zu grobkörnigen Dispersionen umgeformt werden konnten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass infolge der ■^; pumpenartigen Ausgestaltung des Laufrades und der Scheibe die Vorrichtung - neben der Verringerung der Energieaufnahme und einem grösseren Scherungseffekt - auch als Pumpe arbeitet und die kolloide Dispersion unter einem Druck von mehreren Atm fördern kann.

Der Scherungseffekt kann stufenlos geregelt werden dadurch, dass das Laufrad und die Scheibe oder davon mehrere Paare in Achsenrichtung einander gegenüber verschoben werden können. Die Zahl der aus Laufrad und Scheibe bestehenden Paare kann den gegebenen technologischen Erfordernissen

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gemäss gewählt werden. Der Einbau der Paare hintereinander kann riit relativ geringer Montagearbelt schnell durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann neben Desaggregations-, Dispersionsaufgaben auch zur Vorzerkleinerung von grobkörnigen Materialien verwendet werden«

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform der Bestandteile der beispielsweise erläuterten Desaggregationsvorrichtungen beschränkt. Werden diese durchBestandteile: ähnlicher Funktion und ähnlicher Wirkung aber mit anderer Ausgestaltung ersetzt Rindert sich der Schutzimfang der Erfindung nicht. So können z.B. das Laufrad und die Scheibe d auch auf die Weise ausgebildet werden, dass beide z.B. einander gegenüber rotierent das kontinuierliche Übereinstimmen der Durchflussquerschnitte mit der Strömungsgeschwindigkeit kann auch auf anäeie^fIfSe^SÄMigeführt werden,

die Grosse des Winkels der Durchflussöffnungen mit der Umfangsdrehrichtung kann abhängig von der Qualität, Viskosität des durchströmenden Materials gewählt und bei den hintereinanderliegenden Laufrad-Scheibe-Paaren entsprechend den gegebenen technologischen Erfordernissen geändert werden, usw·

Patentansprüche

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Claims

- ίο -

Pat ent Einsprüche

ll De a aggregat ioiisvorrichtung zur Herstellung von Dispersionen mit hohem Dispersioηsgrad, bei der zur 8toss-.^f3cherung des zu desaggregierenden, zu dia-, pergier enden Materials ein ir.it ineinandergreifenden, bzw. nebeneinanderliogenden Zahnkränzen ausgebildetes Laufrad und eine Scheibe dient, dadurch ge lc e η η — zeichnet, dasα die zur Richtung der Materialströmung vertikalen ringförmigen durchgeströmten Flächen dea vom strömenden Material ausgefüllten Raumes zwischen den Zähnen /8, 8a, 9, ^%9a, 20/ auf dem ganzen nit Zähnen ausgefüllten Teil der Vorrichtung praktisch gleich gross sind und dass sich in den Zahnkränzen der Vorrichtung zwischen je zwei benachbarten Zähnen /6, 8a, 9, /9a, 20/ durch diese begrenzte,eine schräge Haterialntröriung gewährleistende Öffnungen /11, 12, 19, 21/ befinden, von denen die Öffnungen /11, 12, 19» 21/ in den Zahnkränzen des Laufrades /Il, 19/ in Richtung der Material-Strömung betrachtet mit der Umfangsdrehrichtung einen stumpfen Winkel einschliessen.

W 2. Vorrichtung nach Ajispruch 1, dadurch

ge kenn ze ichne t, dass die zu den Zahnkränzen gerichtete Fläche dea Laufrades /17/ und der S_cheibe /18/ zylindrisch ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinanderliegenden Zahnflächen der ineinandergreifenden Zahnkränze als Kegelfi Eichen ausgebildet 3ind.

4. Vorrichtung nach -.Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e lehnet, dass sich der in Richtung der Strömung letzte Zahnkranz auf dem Laufrad /17/ befindet.

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