DE2529987A1

DE2529987A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2529987A1
Application number: DE19752529987
Authority: DE
Inventors: Robert Alan Henderson; Arthur Perelman
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1976-01-22
Also published as: IT1039520B; FR2276865A1; BR7504236A; NL7507675A; US4140299A; ZA753907B; JPS5129768A; FR2276865B1; ES439149A1

Description

PATI MTANWAlTt"

Dli.-ING. H. F I TsI C K ΕΞ D I t' L. - i is: G . H . BOHR -.-INO. S. STAEGER

r.Iu 5AGIT0 Dr. Flicke - Sohr - Sfauger - ti München 5 - Mülierstraße

B MÜNCHEN S. 4 . Jill! 1975

Müilirfiirafiö 31

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23790 - Dr.K/hÖ

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Case F.27125

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED LonGon - Großbritannien

'Verfahren und Vorrichtung zun Kischen von

Flüssigkeiten"

rRI-KITaT: 4. Juli

- Großbritannien - 2968*4/74

Die Erfindung bezieht sich auf das Mischen von Flüssigkeiten.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Mischen einer erstsn Flüssigkeit in geringer Menge mit einer zweiten Flüssigkeit in großer Menge.vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweite Flüssigkeit

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Bankverbindung. Bayer. Vereinsbank München, Konto 620 404 ■ Postscheckkonto: München 270 44-302

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kontinuiorlich und zwangsweise in Axialrichtung durch αΰη -laurr. geführt wird, der durch einen Rotationskörper unc ein urigebendes kooperierendes Gehäuse definiert v.'ircj wobei oer Körper und das Gehäuse sich relativ zueinander drehen und wobei die kooperierende Oberflüche des Körpers oder des Gehäuses, welche rotiert> eine Vielzahl von Nuten in einem Winkel von weniger als öü zur Rotationsachse aufweist, daß die erste Flüssigkeit kontinuierlich und zwangsweise in den Rau::, an einem Punkt eingeführt wird, der von der die Vielzahl von Nuten aufweisenden Oberfläche um eine Strecke entfernt 1st, die kleiner ist als die Strecke zwischen dem Körper und dem Gehäuse, und daß die beiden Flüssigkeiten unmittelbar darauf durch eine Zone geführt werden, wo ein honer Grad disperslver Mischung stattfindet, wodurch eine feine Dispersion der ersten Flüssigkeit in der zweiten Flüssigkeit erzeugt wird.

Vorzugsweise ist der Rotationskörper zylindrisch. Vorzugsweise ist die innere Oberfläche des umgebenden kooperierenden Gehäuses zylindrisch.

Vorzugsweise ist der Abstand der Vielzahl der Nuten mindestens gleich der Breite einer Nute und überschreitet nicht das Zehnfache der Breite einer Nute. Vorzugsweise betrügt dieser Abstand das Zwei- bis Fünffache der Breite einer Nute. Vorzugsweise ist der Boden einer jeden Nute gerundet;.

Vorzugsweise ist die Strecke zwischen dem Körper und dem Gehäuse mindestens 1,6 mm und überschreitet nicht 12,7 mm.

OnlGlfvfAL INSPECTED

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Vorzu^sweise besitzt der Punkt, bei welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, einen Abstand von der die Vielzahl der Nuten tragenden überfläche von nicht mehr als 0,76 mm und nicht weniger als 0,13 nun. Insbesondere beträgt diese Strecke 0,25 nun bis 0,5 nun. Verzugs v/eise sollte dieser Punkt gerade stromabwärts des Endes der Vielzahl von Nuten in der Nähe des Einlasses sein.

ugsweise besitzt die Vielzahl von Nuten jeweils den gleichen Spiralenwinkel. Vorzugsweise winden sich die Vielzahl der Nuten in einem solchen Sinn zur Rotationsachse, se daß sie einen Flüssigkeitsfluß gegen die zwangsweise Einführung der zweiten Flüssigkeit ergeben.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zun Irischen von Flüssigkeiten, welche folgende Merkmale aufweist: einen Rotationskörper und ein umgebendes kooperierendes Gehäuse, wobei der Körper und das Gehäuse relativ zueinander rotieren können und wobei die kooperierende Oberfläche des Körpers oder des Gehäuses, die rotieren kann, eine Vielzahl von Nuten in einem Winkel von weniger als 80° zur Rotationsachse aufweist, eine Zufähröffnung für eine erste Flüssigkeit, die an einem Punkt endet, die von der Oberfläche rit einer Vielzahl von Nuten einen Abstand aufweist, der kleiner ist als der Abstand zwischen dem Körper und dem Gehäuse, eine zugehörige Einrichtung zum Hineindrücken einer zweiten Flüssigkeit aus einem Einlaß durch den Spalt zv/ischen dem· Körper und dem Gehäuse und eine zugehörige Einrichtung für die Aufnahme der Flüssigkeiten unmittelbar nach dem Durchgang durch den Spalt, wobei diese Einrichtung aus einem Mischer besteht, der eine hochgradige

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dispersive Mischung zur VervoIlstandlpung der Dispersion ergibt.

Das eriinduncsgeirüße Verfahren eignet sich besonders für das kontinuierliche flischen von unmischbaren Flüssigkeiten, wobei eine in größerer Kenge verwendet wird und eine höhere Viskosität aufweist und die andere in einer geringeren ί-ienge verwendet wird und eine niedrigere Viskosität aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft in dem Fall, in welchem die in größerer Kenge verwendete Flüssigkeit eine mindestens zehnrr.al so große Viskosität aufweist wie die in geringerer fcenge verwendete Flüssigkeit. Das Verfahren eignet sich ganz besonders für den Fall, bei welchem die in größerer Menge verwendete Flüssigkeit mindestens die tausendfache Viskosität der in geringerer Menge verwendeten Flüssigkeit besitzt.

Das zwangsweise Zuführen der ersten und der zweiten Flüssigkeit kann durch bekannte Mittel erfolgen, beispielsweise durch Zahnradpumpen, Kolbenpumpen und peristaltische Pumpen.

Der Durchgang der Flüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Rotationskörper und dem umgebenden kooperierenden Gehäuse ergibt eine gute Verteilung der in geringerer Menge verwendeten Flüssigkeit in der in größerer Menge verwendeten Flüssigkeit. Es wird angenommen, daß der anschließende Durchgang der Flüssigkeit durch einen hochgradigen dispersiven Mischer die Funktion ergibt, daß die Größe der Tröpfchen der in geringerer Menge verwendeten Flüssigkeit unter Bildung einer gleichförmigen, feinen Dispersion noch weiter verringert wird. Die Zone, worin ein hochgradiges

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ciisper-iivas Irischen bewirkt wird, kann aus irgendeinem r:^:v.ür.:r.lichen Mittel für diesen Zweck bestehen. Es krj.n Insbesondere aus einem Fortsatz des Rotationskörpers bestehen, der mit einem Fortsatz des umgebenden Gehäuses kooperiert, wobei die Kooperation zwischen üen Fortsetzen derart ist, daß der erforderliche Grad von ocherur.ß entsteht, um das verteilende Mischen sicherzustellen. Die kooperierende Oberfläche des Fortsatzes am Rotationskörper oder des Fortsatzes am Gehäuse, je r.ach der., was rotiert wird, kann beispielsweise die Γ err¹ einer Schraube aufweisen, die dicht im kooperierenden Fortsetz sitzt. Vorteilhafterweise ist die Schraube in Lezu~ auf uen Rctationssinn so geformt, daß sie die Flüssigkeit in Richtung jegen die zwangsweise Einführung tier zv.'eiten Flüssigkeit drückt.

In d.;n Bereich der Erfindung fällt es auch, wenn mehr als eine Einführöffnung für die erste FiüssigKeit vorgesehen ist.

In den Bereich der Erfindung fällt auch, wenn mehr als ein Paar aus Rotationskörper und umgebendem kooperierenden Gehäuse Innerhalb einer Kammer angeordnet sind und parallel arbeiten. Weiterhin kann ein kooperierendes Gehäuse, welches in sich einen Rotationskörper aufweist, selbst ge pen üb er einem weiteren kooperierenden Gehäuse als Rotationskörper wirken usw.

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3ue::lelle Aus führungs formen der erfin dungs gemäßen Vorrichtung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen naher erläutert.

In cen. Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit einem einzigen Paar von. Rotationskörper und umgebendem kooperierendem Gehäuse; und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen vcn Flüssigkeiten mit vier Paaren von Rotationskörper und umgebendem kooperierendem Gehäuse.

Garr.äß Fig. 1 ist ein Roter 1, der aus einem Rotationskörper und einer Schraube 3 besteht, rotationsfrei Innerhalb eines umgebenden kooperierenden Gehäuses 4 angeordnet, welcnes einen Einlaß 5 für zweite Flüssigkeit und einen Einlaß 6 für erste Flüssigkeit aufweist, wobei letzterer in einem Abstand von 0,25 ™.m vom Rotationskörper 2 endet. Die Oberfläche des Rotationskörpers 2 weist einen Abstand von 2,5 irjn vcn der kooperierenden Oberfläche des Gehäuses 4 auf und besitzt einen Durchmesser von 57,2 mm. Die Oberfläche des Rotationskörpers 2 besitzt 12 Muten 7 mit einer Breite von 2,5 mm und einer Tiefe vcn 2 mm; sie verlaufen mit einem Winkel von 45° zur Rotationsachse. Die Schraube 3 besitzt einen Zylinder mit einer Länge von 152^4 mm und einem Durchmesser von 55,9 mm; in seiner Oberfläche sind 6 Spiralnuten 8 mit halbelliptischem Querschnitt angeordnet. Ihre 3reite beträgt 19 nun und ihre maximale Tiefe 12,7 nun. Sie verlaufen mit einem Winkel

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⁰^AL INSPECTED

vcn 55° zur Rotationsachse. Zusätzlich besitzt die Schraube 5 axial angeordnete (in der Figur nicht gezeigt) Nuten in cen Sc^rauoenstegen mit einer Breite von 9>5 irjm und ii.it einer Tiefe, die gleich der vollen Tiefe der Nuten ist.

Bein Betrieb wurde der Rotor 1 mit einer Rotationsgeschwincigkeit von 120 U/min in einem solchen Sinn angetrieben, öa:i die Flüssigkeit gegen den Einlaß 5 gedrückt wurde, während Polyethylenterephthalat nit einer Schrr.elzviskosität bei der Betriebstemperatur (280 C) vcn 2500 Poise n.it einer Strömungsgeschwindigkeit von 27,2 kg/st durch den Einlaß 5 und äthoxyliertes, hydriertes Rizinusöl mit einer Viskosität (bei 28O°C) von 30 Centipoise durch den Einlaß 6 nit einer Geschwindigkeit von 1,36 kg/st eingefünrt wurde. Die aus dem Austritt der Vorrichtung (nicht gezeigt) herauskommende Flüssigkeit bestand aus einer guten Dispersion von Tröpfchen aus äthoxyliertem, hydriertem Rizinusöl in Polyäthyienterephthalat.

Gerüü Fig. 2 ist ein Roter 10, der aus einem inneren Rotationskörper 11, einem äußeren Rotationskörper 12 und einer Schraube 13 besteht, rotationsfrei in einem Gehäuse 14 angeordnet, das einen entfernbaren Deckel 15 aufweist, der vom Hauptkörper des Gehäuses Ik durch eine kreisförmige Platte Io getrennt ist, die eine Anzahl von Öffnungen 17 aufweist, welche senkrecht durch die Platte hindurchgehen, und an welche ein innerer Ring l8 und ein äußerer Ring 19 angeschweißt sind. Der Deckel 15 ist mit einen. Einlaß für eine zweite Flüssigkeit 20 ausgerüstet. Außerden gehen durch den Deckel eine Anzahl von Rohren (21a, 21b usw.) hindurch und stehen Jeweils mit einer Düse 22 in Verbindung, welche in einer Öffnung 23 endet, die in einem Abstand von 0,38 mm von der Oberfläche des

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Rotationskörpers 11 oder 12 angeordnet 1st.

Der innere Rotationskörper 11 besteht im wesentlichen ^Us einer; Hing mit einem Innenradius von 3^,9 ir.m und einem Außenradius von 41,3 nun und einer- Länge von 28,6 mm. Er besitzt auf einer jeden der gekrümmten Oberflächen spiralenförrr.ige Nuten mit einer Tiefe von 2,5 mm und einer Breite von 3,2 mm. Sie sind mit einem Winkel von 45° zur Rotationsachse angeordnet. Der äußere Rotationskörper 12 besteht im wesentlichen aus einem Ring mit einem Innenradius von 57,2 mm und einem Außenradius von 63,5 mm und einer Länge von 28,6 mm. Er besitzt auf einer jeden der gekrüicnten überflächen 30 spiralenförmige Nuten mit einer Tiefe von 2,5 mm und einer Breite von 3,2 mm. Sie sind ebenfalls mit einem Winkel von 45° zur Rotationsachse angeordnet. Die Düsen 22 sind in solcher Anzahl vorgesehen und so angeordnet, daß jeweils zwei Austritte 23 in der Nachbarschaft der äußeren und inneren gekrümmten Oberfläche des inneren Rotationskörpers 11 angeordnet sind und daß.jeweils drei Austritte 23 in Nachbarschaft zur äußeren und inneren gekrümmten Oberfläche des äußeren Rotationskörpers 12 angeordnet sind, wobei die einer bestimmten Oberfläche zugeordneten Düsen voneinander jeweils gleichen Abstand aufweisen. Jeder der Rotationskörper 11, 12 besitzt einen Abstand von der kreisförmigen Platte von 7,9 mm. Die Schraube 13 besitzt einen Zylinder mit einer Länge von 362 mm und einem Durchmesser von 136,5 inm, wobei in der Oberfläche des Zylinders sechs im wesentlichen halbelliptische Spiralnuten von 19 mm Breite und 25,4 mm Tiefe in einem Winkel von 55° zur Rotationsachse angeordnet sind. Zusätzlich besitzt die Schraube 5 axial angeordnete (in der Figur nicht gezeigte) Nuten in den Schraubenstegen. Sie weisen eine Breite von

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19 iu.: auf und gehen bis zur vollen Tiefe der Nuten,

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PAIEKTANSPRÜCHE

1» Verfahren zum Mischen einer ersten Flüssigkeit in geringer Ken^e mit einer zweiten Flüssigkeit in £r-oßer Kenge, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit kontinuierlich und zwangsweise in Axialrichtung durch den Raum geführt wird, der durch einen Rotationskörper und ein umgebendes kooperierendes Gehäuse definiert wird, wobei der Körper und das Gehäuse sich relativ zueinander drehen und wobei die kooperierende Oberfläche des Körpers oder des Gehäuses, Vielehe rotiert,, eine Vielzahl von Nuten in einem Winkel von weniger als 80° zur Rotationsachse aufweist, daß die erste Flüssigkeit kontinuierlich und zwangsweise in den Raum an einem Punkt eingeführt wird, der von der die Vielzahl von Nuten aufweisenden Oberfläche um eine Strecke entfernt ist, die kleiner ist als die Strecke zwischen dem Körper und dem Gehäuse, und daß die beiden Flüssigkeiten unmittelbar darauf durch eine Zone geführt werden, wo ein hoher Grad dispersiver Mischung stattfindet, wodurch eine feine Dispersion der ersten Flüssigkeit in der zweiten Flüssigkeit erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper zylindrisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des umgebenden kooperierenden Gehäuses zylindrisch ist.

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. Verfahren nach einer» der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Vielzahl der
Nuten r.incestens gleich der Breite einer Nute ist
und das Zehnfache der Breite einer Nute nicht
übers el·.reitet.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Vielzahl
der :iuten nicht kleiner als das Zweifache und nicht grüner als das Fünffache der Breite einer Nute ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Boden einer jeden Nute gerundet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch cekennselehnet, daß die Strecke zwischen dem Körper und ceir. Gehäuse mindestens 1,6 mm beträgt und 12,7 mm nicht überschreitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, an welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, von der
die Vielzahl von Nuten tragenden Oberfläche einen
Abstand von nicht mehr als 0,76 mm und nicht weniger als 0,13 nun aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, an welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, von der
die Vielzahl vcn Nuten tragenden Oberfläche einen
Abstand von nicht mehr als 0,5 mm und nicht weniger als 0,25 mm aufweist.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkt, an welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, genau £trcnabwärts des Endes der Vielzahl der Nuten in der Nähe des Einlasses ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet j daß die Vielzahl der Nuten den Gleichen Spiralenwinkel besitzt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Nuten in dem Ginn spiralenförmig zur Rotation angeordnet ist, daß sie die Flüssigkeit gegen die zwangsweise eingeführte zweite Flüssigkeit drücken.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone, wo eine hohe dispersive Lischung stattfindet einen Fortsatz des Rotationskörpers darstellt, der mit einem Fortsatz des umgebenden Gehäuses kooperiert, wobei die kooperierende Oberfläche, die rotiert wird, die Form einer Schraube aufweist, die einen dichten Sitz mit dem kooperierenden Fortsatz bildet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, die in größerer Menge verwendet wird, mindestens zehnmal die Viskosität der Flüssigkeit aufweist, die in geringerer Menge verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, die in größerer

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r-.er.fe veruende^ wird, mindestens tausendmal die Viskosität aer Flüssigkeit aufweist, die in geringerer Menge verwendet wird.

Ιό. Verrichtung zu:n Mischen von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Merkmale aufweist: einen Rotationskörper und ein umgebendes kooperierendes dehäuse, wobei der Körper und das Gehäuse relativ zueiTiEüider· rotieren können und wobei die kooperierende Oberfläche des Körpers oder des Gehäuses, die rotieren Kann, eine Vielzahl von Nuten in einem Winkel von weniger alo öG° zur Rotationsachse aufweist, eine ZuführöfiViur.g für eine erste Flüssigkeit, die an einem Punkt endet, axe von der Oberfläche mit einer Vielzahl von Nuren einen Abstand aufweist, der kleiner ist als der Abstand zwischen dem Körper und dem Gehäuse, eine zugehörige Einrichtung zum Hineindrücken einer zweiten Flüssigkeit aus einem Einlaß durch den Spalt zwischen cera Körper und dem Gehäuse und eine zugehörige Einrichtung für die Aufnahme der Flüssigkeiten unmittelbar nach dem Durchgang durch den Spalt, wobei diese Einrichtung aus einem Mischer besteht, der eine hochgradige dispersive Mischung zur Vervollständigung der Dispersion ergibt.

17- Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper zylindrisch ist.

l8. Vorrichtung nach Anspruch ΐβ oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des umgebenden kooperierenden Gehäuses zylindrisch ist.

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19· Verrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Vielzahl der uuten mindestens gleich der Breite einer Nute ist und das Zehnfache der Breite einer Nute nicht überschreitet.

20. Verrichtung; nach einem der Ansprüche Io bis 13, dadurch- gekennzeichnet, daß der Abstand der Vielzar-i der Nuten nicht kleiner als das Zweifache und nicht großer als das Fünffache der Breite einer Kute ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, daueren gekennzeichnet, daß der Beden einer jeden Nute gerundet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke zwischen dem Körper und dem Gehäuse mindestens 1,6 mm beträgt und 12,7 srjK nicht überschreitet.

23- Verrichtung nach einem der Ansprüche l6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, an welchem die ers^e Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, von der die Vielzahl von Nuten tragenden Oberfläche einen Abstand von nicht mehr als 0,76 mm und nicht weniger als O₃13 naa aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, an welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, von der öle Vielzahl von Nuten tragenden Oberfläche einen Abstand von nicht mehr als 0,5 mm und nicht

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weni^er als C, 25 r.m aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l6 bis 2k_t dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, an welchem die erste Flüssigkeit in die Kammer eingeführt wird, in der ijiihe der Encen der Vielzahl der Nuten liegt, welche aen Einlaß näher sind.

25. Verrichtung nach einem der Ansprüche l6 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daS> die Vielzahl der Nuten den gleichen Spiralenwinkel besitzen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l6 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone, wo eine hohe dispersive Mischung stattfindet einen Fortsatz des Rotationskörpers darstellt, der mit einem Fortsatz des umgebenden Gehäuses kooperiert, wobei die kooperierende Oberfläche, die rotiert wird, die Form einer Schraube aufweist, die einen dichten Sitz nit dem kooperierenden Fortsatz bildet.

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OMM. H. FIHOCE, DtPL-INO. H. «5M» »PL-MG, ft. STAEGi*

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