DE2330469A1

DE2330469A1 - DEVICE FOR PRODUCING DISPERSIONS, SUSPENSIONS, EMULSIONS AND SOLUTIONS FROM MIXTURES OF DIFFERENT AGGREGATE STATES

Info

Publication number: DE2330469A1
Application number: DE2330469A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Janus; Gerhard Velebil
Original assignee: Janke & Kunkel KG
Current assignee: Janke & Kunkel KG
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2233089A1; FR2233089B3

Description

Blatt Nr.1Sheet number 1

Staufen, den 14. Juni 1973 Pa-Vertragsabt. gj/asp AZ: P 73 OGO 1Staufen, June 14, 1973 Pa-contract dept. gj / asp AZ: P 73 OGO 1

Janke & Kunkel KG IKA-Werk, StaufenJanke & Kunkel KG IKA plant, Staufen

Patent application

"Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen und Lösungen aus Stoffgemischen verschiedener Aggregatzustände.""Device for the production of dispersions, suspensions, emulsions and solutions from mixtures of substances different states of aggregation. "

Die Erfindung; bezieht sich auf eine neuartige Vorrichtung zum Dispergieren, Suspendieren, Emulgieren oder Lösen von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen, sowie zur physikalischen und/oder chemischen Behandlung von Stoffgemischen mittels kinetischer Energie.The invention; refers to a novel device for Dispersing, suspending, emulsifying or dissolving solid, liquid or gaseous substances, as well as physical and / or chemical treatment of mixtures of substances using kinetic energy.

Vorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen seit längerem bekannt. So werden beispielsweise in in- und ausländischen Schutzrechten von Prof. P. Willems Peinzerkleinerungsgeräte beschrieben, die unter Anwendung des konzentrischen Rotor - Statorprinzips arbeiten und zur Herstellung von Suspensionen, Dispersionen und Emulsionen geeignet sind. Andere Schutzrechte beschreiben ähnliche Anordnungen in abgewandelter. Form und Dimensionierung der Rotor- und Statorelemente. Häufig wird auch die Wirkung der in den Vorrichtungen entstehenden mecha-Devices of this type have long been known in various designs. For example, in domestic and foreign Property rights described by Prof. P. Willems Peinzerkleinerungsgeräte using the concentric rotor - Stator principle work and are suitable for the production of suspensions, dispersions and emulsions. Other property rights describe similar arrangements in modified form. shape and dimensioning of the rotor and stator elements. Often the effect of the mechanical

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nischen Hochfrequenzschwingungen auf das Material als Hilfsmittel zur Zerkleinerung erwähnt. In allen Fällen wird unter Ausnutzung der mechanischen Wechselwirkung zwischen mit Zähnungen oder Stäben versehenen Rotoren und Statoren die Peinzerkleinerung des zu bearbeitenden Materials und die nachfolgende Vermischung in der Art von Dispersionen, Suspensionen oder Emulsionen bewirkt. In erweiterter Anwendung dienen solche Geräte häufig auch als mechanische Reaktionsbeschleuniger bei chemischen Verfahren.niche high frequency vibrations on the material as an aid mentioned for comminution. In all cases, taking advantage of the mechanical interaction between having serrations or rods provided rotors and stators, the crushing of the material to be processed and the subsequent Mixing effects in the manner of dispersions, suspensions or emulsions. Such are used in extended applications Devices often also act as mechanical reaction accelerators in chemical processes.

Den vorstehend genannten Vorrichtungen haften Nachteile an die sowohl verfahrenstechnische Folgen, als auch wirtschaftliche Auswirkungen haben. Ein wesentlicher Mangel der beschriebenen Anordnungen liegt im Fehlen oder der mangelhaften Ausbildung der Förderorgane die das gleichmäßige Heranführen des Materials in den eigentlichen Bearbeitungsraum bewirken. Die Zuführungen erfolgt ireist nur über die mehr- oder minderberingen Förderwirkung der rotierenden Vorrichtungsteile deren eigentliche Aufgabe die Materialzerkleinerung und Vermischung sein sollte. Infolgedessen zeigen die erwähnten Vorrichtungen meist eine deutliche und unerwünschte Abhängigkeit des Durchsatzes von den physikalischen Eigenschaften der Materialien und somit eine produktabhängige Verweilzeit im Bearbeitungsraum. Dadurch wird auch der Wirkungsgrad der Vorrichtung materialabhängig und dem Material bei längerem Verweilen im Arbeitsraum häufig mehr kinetische Energie zugeführt, als es zum Erzielen des gewünschten Zerkleinerungs- und Mischeffekts notwendig ist. Dabei treten zum Teil erhebliche Erwärmungen auf. Sie sind nicht nur unwirtschaftlich sondern auch störend, insbesondere bei der Verarbeitung temperaturempfindlicher Medien.The above-mentioned devices have disadvantages in terms of both procedural consequences and economic consequences Have an impact. A major deficiency of the arrangements described is the lack of or inadequate training the conveying organs that bring the material evenly into the actual processing area. The feedings ireist takes place only through the more or less ringing funding effect of the rotating parts of the device whose actual task should be the crushing and mixing of the material. Consequently the devices mentioned mostly show a clear and undesirable dependence of the throughput on the physical Properties of the materials and thus a product-dependent dwell time in the processing area. This will also the efficiency of the device depends on the material and the material when staying in the work area for a longer period of time, more kinetic energy is often supplied than is required to achieve the desired size reduction. and mixing effect is necessary. In some cases, considerable warming occurs. Not only are they uneconomical but also annoying, especially when processing temperature-sensitive media.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist bei den erwähnten Vorrichtungen in der unzweckmäßigen oder auch ungenügend großer Ausbildung der Prallflächen, die für die Umwandlung von Bewegungs-Another major disadvantage is with the devices mentioned in the inexpedient or insufficiently large formation of the impact surfaces, which are responsible for the transformation of movement

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energie in Zerkleinerungsarbeit massgebend sind, zu sehen. Das Wirkungsprinzip solcher Vorrichtungen zielt in erster Linie auf ein möglichst hohes Wechselspiel zwischen den Arbeitselementen der Rotoren und Statoren hin, wo zufolge des kleinen Abstandes zwischen beiden im wesentlichen. Scherkräfte erzeugt werden. Nach neueren Erkenntnissen sind jedoch für die Erzielung von Teilchenzerkleinerungen die kinetischen Pralleffekte mindestens ebenso wichtig. Es kommt weiter hinzu, daß die Prallflächen, so fern überhaupt vorhanden, starr und nicht im optimalen Auftreffwinkel gegenüber der Materialbewegungsrichtung angeordnet sind.energy in crushing work are decisive. That The operating principle of such devices is primarily aimed at the greatest possible interplay between the working elements the rotors and stators, where essentially because of the small distance between the two. Shear forces are generated. To However, more recent findings are at least as good as the kinetic impact effects for achieving particle size reduction important. There is also the fact that the impact surfaces, if any, are rigid and not at the optimal angle of impact are arranged opposite the direction of material movement.

Die erfinderische Lösung geht unter Beibehaltung der konzentrischen Anordnung der Punktionselemente von folgenden Grundgedanken aus:The inventive solution works while maintaining the concentric Arrangement of the puncture elements based on the following basic ideas:

Zur Erzielung einer bestimmten, gewünschten Zerkleinerung müssen Durchsatz und Verweilzeit des Materials im Bearbeitungsraum von den physikalischen Eigenschaften unabhängig werden, damit sichergestellt ist, dass nur eine genau definierte und wählbare Energie dem Material zugeführt und in Formänderungsarbeit umgewandelt wird.To achieve a specific, desired size reduction, the throughput and residence time of the material in the processing area of the physical properties become independent, so that it is ensured that only a precisely defined and selectable energy is fed into the material and converted into deformation work.

Dies kann nach dem Erfindungsgedanken in der Weise erreicht wer,-den, dass die Funktion der Materialförderung und des Zerkleinerns und Mischens konstruktiv getrennt und beide Funktionselemente ihrem eigentlichen Zweck entsprechend optimal ausgebildet werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit durch Veränderung der Förderwirkung, den Materialdurchsatz zu steuern und durch Variationen im Zerkleinerungsmechanismus beispielsweise den Dispersionswirkung zu beeinflussen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zum Beispiel die Drehzahl des Förderorgans unabhängig vcn der Zerkleinerungsvorrichtung eingestellt wird, öder auch anderweitige Verstellung der Förder- und/oder Zerkleinerungsorgane.According to the concept of the invention, this can be achieved in the manner that the function of material conveyance and crushing and mixing are structurally separated and both functional elements are optimally designed according to their actual purpose. This results in the possibility of controlling the material throughput by changing the conveying effect and by means of variations To influence the dispersion effect in the comminution mechanism, for example. According to the invention, this is achieved by that, for example, the speed of the conveyor element is set independently of the shredding device, or otherwise Adjustment of the conveying and / or crushing elements.

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In einer Weiterbildung der Erfindung werden die, im für die Zerkleinerung und Mischung massgeblichen Teil der Vorrichtung, angeordneten Prallflächen möglichst groß ausgebildet und in einer Richtung angeordnet die senkrecht zur Austrittsbewegung des Materials aus dem Förderorgan gerichtet ist, damit eine möglichst vollständige Umwandlung der Bewegungsenergie in Formänderungswirkung erzielt wird. Erfindungsgemäß können die Prallflächen im Zerkleinerungsorgan in ihrer Winkelstellung von außen derart verändert werden, daß entsprechend der drehzahl- und materialabhängigen Austrittsrichtung des Mediums aus dem Förderorgan stets der optimale Auftreffwinkel erreicht wird. Es ist somit ferner möglich den Zerkleinerungseffekt nach Belieben zu beeinflussen. Bei Zerkleinerungsvorrichtungen dieser Art besteht, insbesondere bei der Verarbeitung von festem und stückigem Material die Gefahr von Stauungen und Verstopfungen. Erfindungsgemäß werden die im Zerkleinerungsteil befindlichen Prallflächen, deshalb divergent d.h. nach außen strahlenförmig auseinandergehend angeordnet.In a further development of the invention, in the for the comminution and mixing a decisive part of the device, arranged baffles designed as large as possible and in one Direction arranged perpendicular to the exit movement of the material from the conveying member, so as possible complete conversion of kinetic energy into deformation effect is achieved. According to the invention, the angular position of the baffle surfaces in the comminuting member can be changed in this way from the outside that according to the speed and material-dependent exit direction of the medium from the conveying element always the optimal angle of incidence is achieved. It is thus also possible to influence the comminution effect at will. With shredding devices of this type, there is a risk, especially when processing solid and lumpy material of congestion and blockages. According to the invention, the baffles located in the comminution part are therefore divergent i.e. arranged radially apart from one another outwards.

Anhand der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen sind die Erfindungsmerkmale beispielsweise erläutert ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.Using the following description and the accompanying drawings the features of the invention are explained, for example, without being restricted thereto.

In Fig. I ist im Mittellängsschnitt eine Ausführung der Vorrichtung beispielsweise dargestellt. Die von einem Antriebsmotor 1 angetriebene Welle 2 ist in einem Schaftrohr J5 gelagert und mit dem zentralen Förderorgan 4 fest verbunden. Das Zerkleinerungsorgan 5 umgibt mit seinen Prallplatten 6 das Förderorgan derart, dass ein konzentrisches Gebilde entsteht. Das Zerkleinerungsorgan ist in diesem Beispiel fest mit dem Schaftrohr und über die Flansche mit dem Motorgehäuse verbunden und bleibt während des Betriebes der Vorrichtung fest. Das Zerkleinerungsorgan 5 ist an seiner Oberseite durch ein glockenförmiges Teil 7 abgeschlossenIn Fig. I is an embodiment of the device in central longitudinal section for example shown. The shaft 2 driven by a drive motor 1 is mounted in a shaft tube J5 and with the central conveyor 4 firmly connected. The crushing element 5 surrounds the conveying element with its baffle plates 6 in such a way that that a concentric structure is created. In this example, the comminuting element is fixed to the shaft tube and over the Flanges connected to the motor housing and remains fixed during operation of the device. The comminuting element 5 is on its top is closed by a bell-shaped part 7

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.und an seiner Unterseite mit einer vorzugsweise kreisförmigen zentralen Öffnung 8 versehen. Dadurch wird eine Zwangsläufigkeit des Materialflusses bewirkt indem das Material durch die zentrale Öffnung an achsialer Dichtung angesaugt und durch das Förderorgan mit hoher Beschleunigung auf die freistehenden Prallpl'atten geschleudert wird, wo die Zerkleinerung und Vormischung erfolgt..and on its underside with a preferably circular central opening 8 provided. This creates an inevitability of the material flow by the material through the central opening sucked in on the axial seal and through the conveyor element with high acceleration onto the free-standing baffle plates is centrifuged, where the comminution and premixing takes place.

In Fig. II ist ein Horizontalteilschnitt der Vorrichtung dargestellt, der die Fördereiemente 9 des Förderorgans 4, sowie die PralDplatten 6 des Zerkleinerungsorgans erkennen lässt. Das durch das Förderorgan herangeführte und beschleunigte Material tritt mit einer radialen und einer tangentialen Bewegungskomponente aus letzterem aus und wird gegen die freistehenden Flächen 11 der Prallplatten geschleudert und dort zerkleinert. Das zerkleinerte Material wird zusammen mit der ils Träger oder Lösungsmittel genannten zweiten Stoffkomponente zwischen den Prallplatten 6 durch Reflexion hin- und her geschleudert und gleichzeitig intensiv vermischt. Zur Verhinderung von Materialstauungen und zur Herabsetzung von Strömungsverlusten bilden die benachbarten Prallplatten 6 einen sich in radialer Richtung öffnenden Winkel 12. 'In Fig. II a horizontal partial section of the device is shown, the conveyor elements 9 of the conveyor organ 4, as well as the PralDplatten 6 of the comminuting organ can be seen. That through the conveying element brought and accelerated material emerges with a radial and a tangential movement component the latter and is thrown against the free-standing surfaces 11 of the baffle plates and crushed there. That crushed Material is mentioned along with the ils carrier or solvent second material component flung back and forth between the baffle plates 6 by reflection and at the same time intensively mixed. The adjacent baffle plates are used to prevent material stagnation and to reduce flow losses 6 an angle 12 opening in the radial direction. '

In Fig. III ist zum besseren Verständnis die mögliche Bewegung eines Teilchen und seiner Zerfallspartikel beim Durchgang durch die in Fig I und II dargestellten Vorrichtung aufgezeichnet. Das zu lösende oder zu dispergierende Teilchen trete angenommenerweise im Bewegungsmittelpunkt a in die Vorrichtung ein. Das rotierende Förderorgan beschleunigt das Teilchen in achsialer und radialer Richtung so, dass es im Punkt b das Förderorgan verlässt. Zufolge der Massenträgheitswirkung wird es seine Bewegungs* grösse im Augenblick des Austritts aus dem Förderorgan nahezu beibehalten und im Punkt c auf den freistehenden Teil der ortho-In Fig. III is the possible movement of a particle and its decay particles when passing through for a better understanding recorded the device shown in Figures I and II. That Particles to be dissolved or dispersed presumably enter the device at the center of movement a. The rotating The conveying element accelerates the particle in the axial and radial direction so that it leaves the conveying element at point b. As a result of the mass inertia effect, it will almost be its movement size at the moment of exit from the conveyor organ retained and in point c on the free-standing part of the ortho-

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gonal zur Bewegungsrichtung angeordnete Prallplatte auftreffen. Dort erfolgt durch den Aufprall der Zerfall in mehrere kleinere Partikel, die sich, je nach ihren Bewegungsgrössen, unabhängig voneinander weiterbewegen. Eines der Zerfallsteilchen gelange durch Reflexion in radialer Richtung zum Aufprallpunkt d der benachbarten Prallplatte, wo sich der gleiche Vorgang wiederholt. Nach abermaliger Reflexion am Aufprallpunkt e verlassen die Zerfallspartikel den Bearbeitungsraum der Vorrichtung.impact plate arranged at right angles to the direction of movement. The impact there causes the disintegration into several smaller particles, which, depending on their size of movement, become independent move further apart. One of the decay particles get there by reflection in the radial direction to the point of impact d of the adjacent impact plate, where the same process is repeated. After another reflection at the point of impact e, the disintegration particles leave the processing area of the device.

In Pig. IV ist eine doppelv/irkende Anordnung beispielsweise dargestellt,' die es ermöglicht aus beiden achsialen Richtungen angesaugtes Material in übereinander angeordneten, voneinander getrennten Anordnungen zu verarbeiten und den Gesamtdurchsatz erheblich zu erhöhen. Das Förderorgan, welches in 2 übereinander liegenden Ebenen wirkt, saugt Material von oben durch die Öffnungen IJ) des glockenförmigen Teils 7 und von unten durch die zentrale Öffnung 8 an und führt es den Zerkleinerungswerkzeugen, die ebenfalls übereinander und getrennt aufgebaut sind zu.In Pig. IV, a double-acting arrangement is shown, for example, which makes it possible to process material sucked in from both axial directions in superposed, separate arrangements and to increase the overall throughput considerably. The conveying element, which acts in 2 superimposed levels, sucks in material from above through the openings IJ) of the bell-shaped part 7 and from below through the central opening 8 and feeds it to the shredding tools, which are also constructed separately and one above the other.

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Claims

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Protection claims

1. Concentric device for the production of dispersions, Emulsions, suspensions or solutions from mixtures of substances different physical states, as well as chemical and / or physical treatment thereof, characterized in that at least the innermost rotating element is specially designed as a conveying element and that the next following element in the radial direction is the material comminution serves and has pronounced, partially free-standing baffles.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the speed and / or direction of rotation of the conveyor member opposite the comminuting organ is independent and changeable.

5. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that that the effect of the conveyor element at a fixed speed is influenced by operating elements.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the comminuting organ contains pronounced baffles which are arranged in such a way that they come out of the conveying organ exiting material in its part facing the conveyor organ a free-standing surface for unhindered impact Offer.

5. Apparatus according to claim 1 and 4, characterized in that the angle of attack of the baffle surfaces with respect to the exit direction of movement the material is adjustable.

6. Apparatus according to claim 1, 4 and 5, characterized in that adjacent baffles under one in the material flow direction opening angles are arranged.

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7. Apparatus according to claim 1, 4, 5 and 6, characterized in that several comminuting organs with in the radial direction are arranged alternately opposite direction of rotation and speed of rotation.

8. Device according to one of claims 1 to 7 *, characterized in that that two arrangements are arranged one above the other in the direction of the drive axis and separated from one another by a plate are to cause the material to be fed in from above and below.

9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that it is in a closed container with an inlet and outlet opening built in and used for continuous processing of the material.

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