DE2429255C2

DE2429255C2 -

Info

Publication number: DE2429255C2
Application number: DE2429255A
Authority: DE
Inventors: Lajos Dipl.-Chem. Dr. Szeged Hu Meszaros; Jozsef Dipl.-Ing. Dr. Grega; Lajos Dipl.-Ing. Lako; Laszlo Dipl.-Ing. Miskolc Hu Marko; Zoltan Dipl.-Ing. Salamon; Istvan Sajobabony Hu Szatmari; Laszlo Dipl.-Chem. Miskolc Hu Tasi
Original assignee: ESZAKMAGYARORSZAGI VEGYIMUEVEK SAJOBABONY HU
Current assignee: ESZAKMAGYARORSZAGI VEGYIMUEVEK SAJOBABONY HU
Priority date: 1974-06-19
Filing date: 1974-06-19
Publication date: 1987-06-11
Also published as: DE2429255A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Intensivierung von bei Dispergiervorgängen, wie Herstellen von Suspensionen, Emulsionen oder Schäumen, beim Zerstäuben oder Extrahieren auftretenden Transportvorgängen, insbesondere Mischen und Rühren von Reaktionsmedien, mit einem Rührer, an dem eine Vielzahl von Agitatoren befestigt ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 17 57 113 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden als Agitatoren starre Schaufeln verwendet, die an einer von einem Motor antreibbaren Rührwelle angeordnet und gegeneinander verdreht sind. Die Mischwirkung wird bei dieser Vorrichtung durch die an den Kanten der Schaufeln auftretenden Scherkräfte verursacht, während die Fläche der Schaufeln gegenüber dem Widerstand der Flüssigkeit und deren innere Reibung Energie aufwenden, also Arbeit verrichten muß.

Andere zum Mischen und Rühren fester und flüssiger Substanzen verbreitet verwendete Vorrichtungen sind die folgenden: Zweiarmiger Kneter, Schneckenmischer, Planetenmischer, Kolloidmühle, spezielle Kugelmühlentypen (Perlmühle), Impeller, Ankermischer, Propeller-, Scheiben- und Turbinenmischer, MIG-Mischer (Mehrstufenimpuls-Gegenstrommischer), Bandmischer, spezielle Turbinen- und Scheibenmischer (Dissolver, Supermischer) usw. Das Hauptcharakteristikum aller dieser Vorrichtungen besteht darin, daß ihr Agitator drei- oder wenigstens zweidimensional ist, d. h. über Länge und Breite verfügt, die im Verhältnis zu den Massen des Mischraumes wesentlich, also nicht vernachlässigbar ist. Ein weiteres Kennzeichen der bekannten Mischer ist, daß die zwei- oder dreidimensionalen Agitatoren starr auf der Achse des Mischers befestigt sind.

Um die Geschwindigkeit der Transportvorgänge zu steigern, muß die Umfangsgeschwindigkeit des Mischers gesteigert werden, indem man dessen Umdrehungszahl, seinen Durchmesser oder alle beide erhöht.

Bei den mit umlaufenden Rührelementen arbeitenden Mischern (Turbine, Propeller) sind der Steigerung der Umdrehungszahl durch die kritische Umfangsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt. Das günstigste Verhältnis zwischen dem Durchmesser d des Rührelementes und dem Durchmesser D des Apparates ist nach Konstruktionserfahrungen im allgemeinen D : d = 3.

Der Dispersionsgrad der in verschiedenen Phasen vorliegenden Reaktionspartner ist für den Ablauf heterogener chemischer Reaktionen von ausschlaggebender Bedeutung, da die Reaktion nur an den Grenzflächen der Phasen vor sich geht.

Um die Geschwindigkeit des Stofftransporters und der Wärmeübertragung zu steigern, um also die Zeitdauer des Prozesses zu verringern, wird der Dispersionsgrad der Phasen und damit die Größe der Grenzflächen gesteigert, der Diffusionsweg verkürzt.

Die Geschwindigkeit des Transportprozesses, die Steigerung von Impuls-, Komponenten- und Wärmestromdichte versucht man im allgemeinen durch deren Intensivierung zu erreichen. Unter Intensivierung versteht man meistens eine Geschwindigkeitssteigerung des Prozesses, die Steigerung von Impuls-, Komponenten- und Wärmetransport bei gegebenem Volumen bzw. gegebener Oberfläche.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß die Intensivierung von bei Dispergiervorgängen auftretenden Transportvorgängen qualitativ in wirksamer Weise verbessert wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß als Agitatoren im wesentlichen eindimensionale Elemente (W _a ) vorgesehen sind, die aus einem festen, für das Reaktionsmedium inerten elastischen Material bestehen und eine Dicke von 10 bis 5000 µm aufweisen, wobei sich die Länge l des Elementes zu seiner Breite oder Dicke zwischen 5 : 1 und 5000 : 1 verhält und das Element an einem, höchstens an zwei Punkten an dem Rührer befestigt ist, und jedes Element außerhalb des oder der Befestigungspunkte frei biegsam und schwingbar ist, so daß es sich dem jeweiligen Mediumwiderstand entsprechend einstellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat die folgenden Vorteile:

Das Agitatorvolumen Q ist verglichen mit dem der bekannten Agitatoren vier- bis zehnmal kleiner, die Agitatoroberfläche F jedoch wenigstens genauso groß wie die der bekannten Agitatoren, meistens jedoch größer. Infolgedessen ist die auf eine Volumeneinheit des Agitators entfallende Fläche, die spezifische Fläche F/Q, wesentlich größer als dies bei den bekannten Agitatoren der Fall ist. Demgegenüber ist das auf eine Flächeneinheit des Agitators entfallende Volumen Q/F wesentlich kleiner als bei den bekannten Agitatoren. Dies bedeutet gleichzeitig, daß die Masse des Agitators, die auf eine Flächeneinheit entfallende Agitatormasse, wesentlich kleiner ist. Die Unterschiede fallen noch mehr ins Auge, wenn die Gesamtlänge der Agitatorelemente Σl, die Länge der Scherkanten miteinander verglichen werden. Bei den neuen Agitatoren ist die auf die Oberflächeneinheit bzw. die Volumeneinheit bezogene Gesamtlänge der Scherkanten zehn- bis hundertmal so groß wie bei den herkömmlichen Agitatoren. Durch Bilden des Quotienten aus V, dem Volumen des zu intensivierenden Raumes und Σl erhält man den Wert der Gesamtlängendichte, der bei den erfindungsgemäßen Agitatoren zehn- bis tausendmal so hoch liegt wie bei den bekannten Agitatoren.

Bei den zahlreichen, mit den neuen Agitatoren vorgenommenen Versuchen wurde festgestellt, daß die zu intensivierenden Eigenschaften der Agitatoren auf ihrer großen spezifischen Oberfläche und der hohen Gesamtlängendichte beruhen.

Es wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeitssteigerung der Transportprozesse, die Intensivierung der Dispergierung um so günstiger ist,

- je kleiner der Krümmungsradius der Elemente ist, je mehr sich diese submikroskopischen Massen annähern,
- je größer die spezifische Agitatorfläche F/Q ist,
- je größer die Gesamtlängendichte Σl/V ist,
- je länger der von den Agitatorelementen in der Zeiteinheit zurückgelegte Weg Z (Wegsumme) in den Phasen ist.

Die Länge der in der Zeiteinheit zurückgelegten Wegsumme Z hängt unter anderem von der Anzahl der Agitatorelemente, deren Massen, dem Durchmesser und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Agitators ab.

Die intensivierende Wirkung der Agitatoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf eine hochgradige Steigerung der Impulsstromdichte zurückzuführen, die die Voraussetzung für die Steigerung der Komponenten- und Wärmestromdichte ist. Es kann gesagt werden, daß die Agitatoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung die effektive Massestromdichte sprunghaft steigern. Durch die Anwendung der eindimensionalen Agitatorelemente

- wächst die spezifische Oberfläche der Phasen,
- wächst die Turbulenz und
- verringert sich die Dicke der Grenzschicht, der sogenannten laminaren Unterschicht.

Durch die geringe Masse der Agitatoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine höhere Umdrehungszahl erreichbar, wodurch auch die Reynoldsche Zahl größere Werte annimmt. Dies führt zu einer Verstärkung der Turbulenz. Außerdem werden wegen der großen Gesamtlängendichte viel mehr Turbulenzkerne gebildet, und die zwischen ihnen liegende laminare Unterschicht ist demzufolge dünner und wird durch das Schwingen der Agitatorelemente noch weiter geschwächt.

Zu der großen spezifischen Oberfläche der neuen Agitatoren gehört - verglichen mit den bekannten Agitatoren - eine um Größenordnungen kleinere Masse, wodurch die Umdrehungszahl wesentlich gesteigert werden kann (in Flüssigkeiten wurden Umfangsgeschwindigkeiten von mehr als 30 m/s erreicht!), und dies bringt keine Schwingungsneigung der Agitatorwelle mit sich, da diese sich selbst zentriert, die Agitatorelemente sich in der Flüssigkeit deren inneren Reibungsverhältnissen entsprechend einstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt an einer Oberfläche befestigte eindimensionale Agitatorelemente in schematischer Darstellung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die eindimensionalen Agitatorelemente W _a an einem oder mehreren Punkten an einer Oberfläche J befestigt, können dabei aber frei schwingen, sich bewegen und neigen. Die Elemente W _a sind aus einem bezüglich der reagierenden Phasen inerten Material, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff ausgeführt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit einem bekannten Mischer, einem Turbinenmischer verglichen, indem mit beiden eine Öl-Wasser- Emulsion hergestellt wird und die technischen Parameter verglichen werden. Von den neun durchgeführten Versuchsreihen wurden drei mit dem Turbinenmischer, sechs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Für die Versuche wurden konstante Bedingungen gewählt: 100 ml Öl und 1000 ml Wasser (V = 1100 ml) wurden in einem Becherglas von 130 mm Durchmesser (D) emulgiert. Bei sieben Versuchsreihen war der Durchmesser d beider Vorrichtungen gleich und betrug 43 mm, während bei zwei Versuchsreihen (Versuchsreihen 8 und 9) der Durchmesser d der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 mm betrug. Die Agitatoren tauchten so weit in die Flüssigkeit ein, daß sie vom Boden des Becherglases 30 mm entfernt waren (h). Für alle Versuchsreihen wurde der gleiche Elektromotor verwendet, dessen Umdrehungszahl n im Leerlauf 4200 s^-1 betrug. Die Höhe der Turbinenschaufeln war identisch mit der Höhe, bis zu welcher auf der an der Rührerachse angebrchten Drehfläche Agitatorelemente W _a angebracht waren (M = 8 mm).

Die wirksame Mischzeit beim Emulgieren, τ (in Sekunden) wurde in bekannter Weise bestimmt, indem Licht durch das Mischgefäß gesandt und die Änderung der Lichtstärke mit der Zeit gemessen wurde. Die Zeit, die vergeht, bis keine Veränderung der Lichtstärke mehr eintritt, die Stärke des durchgelassenen Lichtes also konstant ist, wird als die zum wirksamen Mischen notwendige Zeit betrachtet. Die erhaltene Öl-Wasser-Emulsion wurde danach in einen Meßzylinder gegossen und festgestellt, wieviel Zeit (t, in Minuten) zur völligen Entmischung der Phasen notwendig ist.

Während des Mischens wurde auch die Drehzahl des Mischers unter Last (n) mit einem Drehzahlmesser gemessen.

Die Ergebnisse der vergleichenden Versuche sind in der folgenden Tabelle enthalten. Jeder Wert ist der Durchschnittswert von 10 Messungen. In der Tabelle werden folgende Bezeichnungen verwendet:

d:Durchmesser der Vorrichtung, mmsz:Anzahl der Agitatoren in Stück Rührflügel bei Turbine bzw. Anzahl der eindimensionalen ElementeF:Agitatoroberfläche in mm²Q:Agitatorvolumen in mm³n _k:Drehzahl der Vorrichtung unter Last, in min^-1 F/Q:Spezifische Oberfläche der Vorrichtung, in mm²/mm³Σ l:Gesamtlänge der Agitatoren, mmΣ l/V:Die Gesamtlängendichte, d. h. die Gesamtlänge der Agitatoren, bezogen auf das Volumen des Mischraumes, mm/mlτ:Die zum wirksamen Mischen notwendige Zeit in st:Die zur völligen Entmischung der Emulsion notwendige Zeit in min.

Die Länge l der Rührflügel bzw. die der eindimensionalen Elemente W _a betrug bei den Versuchsreihen 1-7: 14 mm, bei dem Versuchsreihen 8 und 9: 32,5 mm. Die "Dicke" der eindimensionalen Elemente (q) betrug 0,5 mm, das Verhältnis Durchmesser/Länge war bei den Versuchsreihen 4-7: 1/28, bei den Versuchsreihen 8 und 9: 1/65.

Tabelle

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei den Versuchsreihen 1-3 die Drehzahl bei Belastung um 22-26% sinkt. Die Mischzeit kann durch Vergrößerung der Anzahl der Turbinenflügel nur um ein weniges verringert werden. Die zur völligen Entmischung der Emulsion notwendige Zeit ist außerordentlich kurz (12-14 min).

Bei den Versuchsreihen 4-7 wurden eindimensionale Elemente gleicher Länge verwendet, die mit einem Ende auf der an der Achse befindlichen Drehfläche J befestigt waren, während sich ihr anderes Ende frei bewegen konnte. Es ist ersichtlich, daß bei unverändertem Durchmesserverhältnis D/d die Umdrehungszahl bei Belastung nur um 13-14% sinkt, die zum Mischen notwendige Zeit τ um die Hälfte kürzer ist, die zum Entmischen der Emulsion notwendige Zeit t jedoch auf das Acht- bis Zehnfache wächst.

Unter identischen Versuchsbedingungen ist also die Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ungefähr 30-40% geringer, die zum wirksamen Mischen notwendige Zeit sinkt auf die Hälfte und die Emulsion ist acht- bis zehnmal so lange stabil. Dies kann auch so ausgedrückt werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geringerer Energieaufnahme wirksamer dispergiert, daß in kürzerer Zeit mehr Arbeit gegen die Oberflächenspannung geleistet wird, und die technisch nutzbare Energie, bezogen auf die aufgewendete Energie, also der Wirkungsgrad wächst. Bei den Versuchsreihen 8 und 9 wurde die Länge l der Elemente geändert, das Verhältnis D/d betrug 1,62. Die Mischzeit τ sank weiter ab, die zur vollständigen Entmischung der Emulsion notwendige Zeit t stieg auf einen noch wesentlich höheren Wert.

Bei näherer Betrachtung der in der Tabelle angegebenen kennzeichnenden Parameter für die Vorrichtungen beziehungsweise die Agitatoren wird augenfällig, daß bei ungefähr gleicher Agitatoroberfläche F (Versuchsreihen 1 und 6) das Volumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kaum mehr als ein Drittel des Volumens des herkömmlichen Turbinenmischers beträgt. Dies kommt auch darin gut zum Ausdruck, daß während bei dem Turbinenmischer die spezifische Agitatoroberfläche F/Q 1,428 beträgt, dieser Wert bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr als das Zweieinhalbfache davon, nämlich 3,95 ausmacht. Noch auffälliger wird der Unterschied, wenn man die Längen der beiden verschiedenen Agitatoren, die Σl-Werte miteinander vergleicht. Bei identischer Agitatorfläche (Versuchsreihen 1 und 6) ist der Wert Σl für die eindimensionalen Elemente W _a zwölfmal so hoch, bei identischem Agitatorvolumen (Versuchsreihen 1 und 8) achtundzwangzigmal so hoch wie die der herkömmlichen Vorrichtung. Die Erklärung für die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in dem Verhältnis Σl/V (Gesamtlängendichte) d. h. dem Verhältnis der Längensumme zu dem zu vermischenden Volumen zu suchen. Dieses Verhältnis nimmt im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen einen 10-50mal so hohen Wert an.

Außer dem im Vorangegangenen beschriebenen Emulsionsversuchen wurden noch zahlreiche Experimente vorgenommen, um die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Intensivierung der verschiedenen Transportprozesse zu erproben.

So wurde zum Beispiel untersucht, in welcher Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung die Solventextraktion bei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten intensiviert (Beispiel 3). Dabei wurde festgestellt, daß bei der wäßrigen Extraktion von in einem höheren Alkohol gelöst vorliegender Essigsäure - gleiche Rührzeit und gleiche Umdrehungszahl vorausgesetzt - bei der Verwendung des Propellermischers fünfzigmal so viel Essigsäure in der organischen Phase zurückblieb wie bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ferner wurde die auf die Dispergierung fester Stoffe in Flüssigkeiten auftretende intensivierende Wirkung untersucht (Beispiel 2), indem bei gleicher Mischzeit und gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit und gleichem Durchmesser Natriumbentonit in Wasser einmal mit dem Propellermischer, zum anderen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dispergiert wurde. Während bei der mit dem Propellermischer hergestellten Dispersion zwei Stunden nach Beendigung des Dispergierens das Absetzen begann, blieb die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Dispersion zwei Wochen lang stabil und begann sich erst danach abzusetzen.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Mischer verwendet, so kann nicht nur die Umfangsgeschwindigkeit im Verhältnis zu bekannten Rührern wesentlich gesteigert werden, sondern außerdem ist das Verhältnis D/d in den Grenzen 1,2-3,5 frei wählbar und die Entfernung des Mischers vom Boden des Behälters kann innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereiches geändert werden.

Mit den in der Tabelle bei den Versuchsserien 2 und 8 beschriebenen Mischern wurden weitere Emulgierexperimente durchgeführt, und zwar wurden 500 ml Öl mit 500 ml Wasser emulgiert, wobei h = 65 mm, also etwa 75% von H = 87 mm war, d. h. der Mischer tauchte nur zu etwa 25% in die Flüssigkeit ein. Während der Turbinenmischer unter diesen Bedingungen praktisch nicht emulgierte, wurde mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb von 90 Sekunden eine Emulsion erzielt, zu deren Entmischung 170 Minuten erforderlich waren.

Bei den bekannten Mischertypen ist es zur Erreichung einer Mischwirkung notwendig, daß der Agitator in dem Mischraum, in die Grenzfläche der beiden Phasen hineinragt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann noch im Stande ist zu dispergieren, wenn sie über dem Mischraum (Gesamthöhe beider Phasen = H) angebracht ist. Diese überraschende Wirkung kommt offensichtlich dadurch zu Stande, daß die aus der äußeren Energiequelle stammende Energie durch das über den Phasen befindliche Gaspolster in das zu dispergierende Medium übertragen wird. Für die Agitatoren ist dies von großer Bedeutung, da auf diese Weise der Angriff korrosiver Phasen vermieden werden kann, indem als Energieüberträger ein indifferentes Gas dient.

Bei weiteren Experimenten wurde die kontinuierliche Ausführung heterogener Reaktionen untersucht.

Bekannt ist zum Beispiel, daß die Verseifung von pflanzlichen Ölen mit Alkalilauge eine endotherme Zeitreaktion ist. In der industriellen Praxis wird das Seifenkochen bei 80-100°C durchgeführt und dauert 5-6 Stunden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden Pflanzenöl und Natronlauge in dem beim Seifekochen üblichen Verhältnis bei Zimmertemperatur emulgiert: Der Fettsäuregehalt des Reaktionsgemisches sank innerhalb von zwei Stunden auf 0,5 Gew.-%, was die Beendigung des Verseifungsvorganges bedeutet.

Dieses Experiment wurde mit vor dem Vermischen auf 60°C vorgewärmtem Pflanzenöl und Natronlauge wiederholt. Der Fettsäuregehalt des Reaktionsgemisches sank innerhalb einer halben Stunde auf unter 0,5 Gew.-%.

Es ist aus der HU-PS 1 46 818 bekannt, daß organisch-chemische Reaktionen in der Dampfphase vorteilhaft so ausgeführt werden können, daß man die Dämpfe der Reaktanten durch eine Metallschmelze leitet (z. B. die Decarbonylierung oder oxydative Decarboxylierung von Furfurol, die thermische Spaltung von Pentan mit Wasserdampf, die Herstellung von Paraffinkohlenwasserstoffen, Cracken von Kohlenwasserstoffen usw.). In der Metallschmelze, deren spezifische Wärme um drei Größenordnungen größer ist als die der Gase und Dämpfe, kann das Verfahren unter isothermen Bedingungen ausgeführt werden, und die Gasblasen des Reaktionsgemisches verhalten sich in der Art von Elementarreaktoren. Die Ausführung des Verfahrens wird jedoch dadurch erschwert, daß das spezifische Gewicht der Dämpfe um zwei Größenordnungen geringer ist als das der Schmelze, so daß die Dämpfe in dieser schnell nach oben steigen, wobei sich die Gasblasen zu größeren Blasen vereinigen.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Dämpfe der Reaktanten in der Metall- oder Salzschmelze derart dispergiert, daß die entstehenden Blasen um Größenordnungen kleiner sind; außerdem wird die Vereinigung der Blasen verhindert und darüber hinaus die Schmelze durch die große Turbulenz intensiv gemischt. Die intensive Turbulenz der Schmelze ist von besonderer Wichtigkeit bei Metall-Metalloxyd-Schmelzen, da bei diesen das Oxyd die Neigung hat, auf der Oberfläche eine Haut zu bilden (zum Beispiel Bleioxyd), die das Entweichen der bereits umgesetzten Dämpfe verhindert. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Zeit des in der Schmelze vor sich gehenden Prozesses verkürzt, die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung steigt wesentlich.

Die Oxydation in der Dampfphase kann vorzugsweise in zwei miteinander verbundenen Reaktoren vorgenommen werden, in denen sich je eine erfindungsgemäße Vorrichtung befindet und die Vorrichtungen die Schmelze auch zwischen den Reaktoren in Umlauf halten. In dem ersten Reaktor wird ein Teil des in Schmelze vorliegenden Metalls durch Eindispergieren von Luft oxydiert. Durch die Zirkulation gelangt das Metalloxyd in den zweiten Reaktor, wo es seinen Sauerstoff an den dampfförmigen Reaktionspartner abgibt und diesen dadurch oxydiert. Danach gelangt das Metall wieder in den ersten Reaktor zurück, wo ein Teil der Schmelze erneut oxydiert wird (z. B. Blei- Bleioxyd-System).

Beispiel 1

In einem zylindrischen Metallbehälter von 2 Liter Volumen arbeitet eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Umdrehungszahl von 2500 min^-1. Der Durchmesser der Vorrichtung beträgt 330 mm, die Länge der Elemente W _a 125 mm, ihre Anzahl 3500, ihre Dicke 0,8 mm. Die Drehfläche, an der die Elemente an einem Ende befestigt sind, hat eine Fläche von 8740 cm². Der Behälter hat zwei Metalleinfüllstutzen und einen Ablaufstutzen. Die zum Einführen des Materials dienenden Rohrstutzen leiten das eingefüllte Material parallel zur Achse der Vorrichtung auf die Agitatorelemente. Das aus dem Reaktionsgefäß abgezogene Material gelangt in einen Behälter von 10 Liter Volumen, der 5 Liter Wasser einer Temperatur von 5°C enthält.

Durch den einen Einfüllstutzen wird auf 90°C erhitztes, geschmolzenes Paraffin in einer Menge von 200 g eingeleitet, während durch den anderen Stutzen 800 g Wasser von 90°C zugegeben werden. Die Paraffin-Wasser-Emulsion gelangt aus dem Apparat in den Kaltwasserbehälter, in dem das Paraffin erstarrt. Durch mikroskopische Untersuchung der erhaltenen Paraffinemulsion wird festgestellt, daß ihre Teilchengröße 0,5-1 µm beträgt.

Beispiel 2

In einem zylinderförmigen Apparat von 5 Liter Volumen wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend der von Beispiel 1 angebracht und mit dieser 180 g Natriumbentonit in 3450 ml Wasser von 60°C suspendiert. Das Experiment wird mit einem Propellermischer wiederholt, wobei die Umdrehungszahlen (5000 min^-1) und die Mischzeit (10 min) in beiden Fällen gleich waren.

Die beiden auf diese Weise erhaltenen Suspensionen werden in je einen Glaszylinder gegossen und ihr Absetzverhalten beobachtet. Bei der mit dem Propellermischer hergestellten Suspension begann das Absetzen nach zwei Stunden, und nach zwei Tagen war die Entmischung vollständig.

Bei der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Suspension begann der Absetzvorgang erst nach zwei Wochen.

Beispiel 3

Untersuchung der wäßrigen Extraktion von Essigsäure aus einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel. Es wird ein laboratoriumsmäßiger Mischermotor mit einer Drehzahl von 5000 min^-1 verwendet, der einmal mit einem Propellermischer von 37 mm Durchmesser, zum anderen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleichbaren Durchmessers ausgerüstet wird. Die Länge der Elemente W _a beträgt 14 mm, ihre Dicke 0,2 mm, ihre Anzahl 10 000.

In ein 250-ml-Becherglas werden 50 ml destilliertes Wasser und 50 ml einer Lösung eingefüllt, die auf 100 g n-Octylalkohol 5,2 g Essigsäure enthält. Mit beiden Mischern werden die Phasen je eine Minute gerührt. Danach wird die organische Phase abgetrennt und ihr Restgehalt an Essigsäure untersucht. Als Durchschnittswerte von je 10 Messungen werden folgende Ergebnisse erhalten:

Essigsäuregehalt des Octylalkohols vor der Extraktion: 5,2 g/100 g;
nach der Extraktion mit dem Propellermischer: 0,548 g/100 g;
nach der Extraktion mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung: 0,010 g/100 g.

Aus den Zahlenwerten des Experimentes ist ersichtlich, daß bei gleicher Mischzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Fünfzigfaches wirksamer dispergiert als der herkömmliche Mischer.

Claims

1. Vorrichtung zur Intensivierung von bei Dispergiervorgängen, wie Herstellen von Suspensionen, Emulsionen oder Schäumen, beim Zerstäuben oder Extrahieren auftretenden Transportvorgängen, insbesondere Mischen und Rühren von Reaktionsmedien, mit einem Rührer, an dem eine Vielzahl von Agitatoren befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Agitatoren im wesentlichen eindimensionale Elemente (W _a ) vorgesehen sind, die aus einem festen, für das Reaktionsmedium inerten elastischen Material bestehen und eine Dicke von 10 bis 5000 µm aufweisen, wobei sich die Länge l des Elementes zu seiner Breite oder Dicke zwischen 5 : 1 und 5000 : 1 verhält und das Element an einem, höchstens an zwei Punkten an dem Rührer befestigt ist und jedes Element außerhalb des oder der Befestigungspunkte frei biegsam und schwingbar ist, so daß es sich dem jeweiligen Mediumwiderstand entsprechend einstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eindimensionalen Elemente (W _a ) an einer oder beiden Seiten einer Fläche (J) des Rührers befestigt sind, der über oder in den Reaktionsmedien geradlinige, rotierende, alternierende Bewegungen oder Schwingbewegungen oder Bewegungen entlang einer gekrümmten Bahn ausführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eindimensionalen Elemente (W _a ) auf der Fläche (J) des Rührers in einer Entfernung voneinander, die wenigstens dem 2fachen oder höchstens dem 50fachen ihrer Dicke entspricht, an einem oder mehreren Punkten befestigt sind.