DE3307911C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Her­ stellung einer Dispersion mit einem eine Kammer um­ schließenden Gehäuse, mit einer um ihre Achse antreib­ baren Kreisscheibe in der Kammer und mit mindestens einer an der Kreisscheibe angeordneten Strahldüse, wobei am Einlaß der Strahldüse ein Staudruck erzeugt wird, der die Strömung der Flüssigkeit durch die Strahldüse aufrecht erhält. Eine alternative Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer innerhalb einer Kammer angeordneten Strahldüse, wobei am Einlaß der Strahldüse ein Staudruck erzeugt wird, der die Strömung der Flüssigkeit durch die Strahldüse aufrecht erhält.

Das Prinzip der Strahldispergierung ist seit langem bekannt. Es beruht darauf, daß die zu dispergierende Flüssigkeit durch eine oder mehrere Düsen gepumpt wird und dabei einer starken Scherbeanspruchung unterzogen wird. Der Dispergiereffekt läßt sich noch verbessern, wenn die Düsen so angeordnet werden, daß die austreten­ den Dispersionsstrahlen auf eine feste Wand auftreffen oder selbst aufeinander prallen. Wesentlich ist dabei, daß annähernd die gesamte Pumpenergie in einer sehr kleinen Dispergierzone verbraucht wird, so daß in der Dispergierzone eine hohe Energiedichte herrscht. In der GB-OS 20 63 695 sind verschiedene Vorrichtungen be­ schrieben, die nach diesem Prinzip arbeiten.

Des weiteren wird in DE-GM 17 46 564 ein Rührwerk mit Wirbelelementen aus kleinen Röhrchen beschrieben, deren Längsachsen gegen die radiale Querebene geneigt sind. Dabei strömt zwar während des Betriebes die Flüssigkeit durch die Röhrchen hindurch; der Dispergiereffekt be­ ruht jedoch primär darauf, daß im Mischgefäß eine in­ tensive Mischzone entsteht und eine starke Strömung der Dispersion durch das ganze Mischgefäß hervorgerufen wird. Dementsprechend wird der größte Teil der Energie zur Erzeugung dieses turbulenten Strömungszustandes aufgewandt. Im Gegensatz dazu erfolgt die Energiedissi­ pation bei einem Strahldispergator nahezu ausschließ­ lich in einer sehr kleinen Dispergierzone innerhalb der zur Dispergierung benutzten Strahldüse. Strahl­ dispergatoren dieser Art werden insbesondere dazu be­ nutzt, um Dispersionen mit hoher Teilchenfeinheit herzustellen. Hier setzt die Erfindung an.

Es lag die Aufgabe zugrunde, bekannte Strahldispergatoren so zu modifizieren, daß einerseits auf eine separate Pumpe zur Förderung der Dispersion verzichtet werden kann und andererseits eine hohe Raum-/Zeitausbeute bei gleichbleibenden Teilchenfeinheiten erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahldüse durch die Kreisscheibe hindurchgeführt ist, wodurch der vor der Kreisscheibe liegende Teil a der Kammer mit dem hinter ihr liegenden Teil b strömungs­ technisch verbunden ist und daß die Strahldüse sowohl eine Bohrung, die parallel zur Kreisscheibe und im wesentlichen entgegen der Drehrichtung der Kreisscheibe angeordnet ist, als auch einen sich an die Bohrung an­ schließenden, im wesentlichen parallel zur Achse der Kreisscheibe verlaufenden Bereich aufweist.

Vorzugsweise verbleibt zwischen der Kreisscheibe und dem Gehäuse ein Ringspalt, durch den ein Teilstrom der Flüssigkeit aus dem Teil b der Kammer in den Teil a der Kammer zurückfließt.

Eine alternative erfindungsgemäße Problemlösung geht von einer Vorrichtung mit einer innerhalb einer Kammer angeordneten Strahldüse aus, wobei am Einlaß der Strahl­ düse ein Staudruck erzeugt wird, der die Strömung der Flüssigkeit durch die Strahldüse aufrecht erhält. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, daß die Kammer und ihr Flüssigkeitsinhalt rotieren, daß die Strahldüse im Abstand von der Rotationsachse der Kammer angeordnet ist und daß sich der Ablauf an die Strahldüse anschließt. Wesentlich ist dabei, daß an den Düsen infolge der Rotation der Flüssigkeit ein posi­ tiver Staudruck entsteht, während an dem Dispersions­ zulauf ein negativer Staudruck (Sog) auftritt. Die Düsen sind alle untereinander verbunden bzw. parallel geschaltet. Im Grenzfall kann auch nur eine einzige Düse verwendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Düsen bei beiden Ausführungen so dimensioniert, daß sie einen Durchmesser von 0,3 bis 1 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm, und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1 bis 4, vorzugsweise 1,5 bis 2, besitzen.

Die Erfindung ermöglicht in Übereinstimmung mit der Auf­ gabenstellung eine Strahldispergierung unter Verzicht auf Förderpumpen. Es hat sich gezeigt, daß der durch die ro­ tierende Bewegung erzeugte Staudruck an den Düsen aus­ reicht, um die gewünschte Förderwirkung zu erzielen.

Da­ mit ist die Voraussetzung geschaffen, um die Investitions­ kosten bei solchen Apparaturen zu senken. Die Vorrichtung hat darüber hinaus den Vorteil, daß eine hohe Raum-Zeit­ ausbeute erzielt wird und daß die Dispersion die gleiche Teilchenfeinheit aufweist, wie bei den früher verwendeten apparativ wesentlich aufwendigeren Dispergiermaschinen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Strahldispergator mit rotierenden Strahl­ düsen im Aufriß,

Fig. 2 einen Schnitt A-A (Draufsicht) gem. Fig. 1,

Fig. 3 eine Strahldüse im Detail,

Fig. 4 eine alternative Ausführung des Strahldispergators mit einer feststehenden Strahldüse im Aufriß und

Fig. 5 die Anordnung der Strahldüse bei der Ausführung gem. Fig. 4 (Draufsicht).

Der Strahldispergator gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, das einen annähernd zylindrischen Pumpenraum 2 umschließt und einer im Pumpenraum 2 rotieren­ den Kreisscheibe 3, an deren Umfang Strahldüsen 4 und 5 angeordnet sind. Der Durchmesser der Kreisscheibe 3 ist so bemessen, daß der zwischen ihrem Umfang und der Wand des Pumpenraumes 2 verbleibende Ringspalt 6 im Bereich von 0,5 bis 2 mm liegt. Durch die Kreisscheibe 3 wird also der Pumpenraum 2 in zwei Hälften, eine Zuström­ seite a und eine Abströmseite b, unterteilt. Die Welle 7 für den Antrieb der Kreisscheibe 3 ist durch die Eintritts­ öffnung 8 auf der Zuströmseite a nach außen geführt. Gegenüber der Eintrittsöffnung 8 ist abströmseitig die Austrittsöffnung 9 im Pumpengehäuse vorgesehen. Die zu dispergierende Flüssigkeit (Emulsion oder Suspension) wird durch die Eintrittsöffnung 8 zudosiert und verläßt den Dispergator als fertige Dispersion durch die Austritts­ öffnung 9. Strömungstechnisch sind die beiden Hälften a und b des Pumpenraumes 2 nur durch die Düsen 4 und 5 und den Ringspalt 6 miteinander verbunden.

Die Düsen 4 und 5 sind senkrecht zur Kreisscheibe 3 ange­ ordnet. Der Düsenkanal 10 ist zuströmseitig mit Bohrungen 11 versehen, die in einer zur Kreisscheibe 3 parallelen Ebene liegen und einander entgegengesetzt gerichtet sind (s. Fig. 2 und Fig. 3). Läßt man die Kreisscheibe gemäß Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn rotieren, so baut sich an den Bohrungen 11 ein Staudruck auf, der dafür sorgt, daß die Dispersion in die Bohrungen 11 einströmen (Strömungs­ pfeile 12, 13). Der Mengenstrom der Dispersion durch die Eintrittsöffnung 8 wird so bemessen, daß er etwas kleiner ist als die Förderleistung des Strahldispergators, so daß ein kleiner Stoffstrom durch den Ringspalt 6 zwischen Gehäuse 1 und Kreisscheibe 3 rezirkuliert. Dadurch ist gewährleistet, daß die eintretende Vordispersion nicht auf direktem Wege durch den Pumpenraum 2 strömt und den Dispergator durch die Austrittsöffnung 9 verläßt. Vor­ schriften für die optimale Dimensionierung der Düsen 4 und 5 wurden bereits erläutert. Die Zahl der verwende­ ten Düsen sowie die Zahl und der Durchmesser der Bohrungen 11 richtet sich nach dem gewünschten Durchsatz. Je größer der Durchsatz, desto größer werden die Zahl der Düsen und Bohrungen und deren Durchmesser gewählt.

In den Fig. 4 und 5 ist eine alternative Ausführung des Dispergators dargestellt, die im Gegensatz zur Ausfüh­ rung gemäß Fig. 1 bis 3 auf einer feststehenden Düse be­ ruht, während die sie umgebende Dispersion rotiert. Zu diesem Zweck ist innerhalb eines Gehäuses 14 eine als Zentrifuge 15 ausgebildete rotierende zylindrische Kammer vorgesehen. Die Welle 17 der Zentrifuge 15 ist durch eine dichtende Öffnung 16 im Gehäuse 14 nach außen geführt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich der Zulauf 18 für die zu dispergierende Flüssigkeit und der Dispersionsablauf 19, beide in Form von knieförmig gebogenen, feststehenden Rohren. Das Rohrende des Ab­ laufes 19 ist in der zur Zentrifugenachse 17 senkrech­ ten Äquatorebene rechtwinklig abgebogen (siehe Fig. 5) und weist eine tangential ausgerichtete Düse 4 auf. Die mit der Zentrifuge 15 rotierende Dispersion verursacht an der Düse 4 einen Druckgradienten (Staudruck), der die Dispersion in den Ablauf 19 eintreten läßt, während um­ gekehrt an dem Zulaufrohr 18 ein Sog (negativer Staudruck) entsteht, der die Dispersion aus dem Zulauf in den Zen­ trifugenraum ausströmen läßt. Der aus der Rotation und der Anordnung der Düsen 4 resultierende Staudruck führt also wie bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 3 zu einer Pumpwirkung des Dispergators.

Bezüglich der Dimensionierung der Düse 4 gelten im übrigen die gleichen Vorschriften wie bei der vorhergehenden Aus­ führung. Es leuchtet ein, daß anstelle einer Düse 4 meh­ rere Düsen paralllel geschaltet sein können. Die parallel geschalteten Düsen liegen z. B. rechenförmig neben- oder übereinander.

Die zu dispergierende Flüssigkeit wird durch den Zulauf 18 in die Zentrifuge 15 eindosiert. Durch die Öffnung 20 in der Zentrifuge 15 gelangt die Dispersion in den vom Gehäuse 14 umschlossenen Pumpenraum. Die Dispergie­ rung findet in der Düse 4 statt, wenn die Dispersion die Zentrifuge 15 durch den Ablauf 19 wieder verläßt.

Beide Vorrichtungen (Fig. 1 bis 3 und Fig. 4 bis 5) haben sich bei der Herstellung von feinteiligen kosme­ tischen und pharmazeutischen Emulsionen und Suspensionen, wie z. B. Sonnenschutzlotionen und Salben, bewährt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Herstellung einer Dispersion mit einem eine Kammer (2) umschließenden Gehäuse (1), mit einer um ihre Achse (7) antreibbaren Kreisscheibe (3) in der Kammer und mit mindestens einer an der Kreis­ scheibe angeordneten Strahldüse (4, 5), wobei am Einlaß der Strahldüse ein Staudruck erzeugt wird, der die Strömung der Flüssigkeit durch die Strahl­ düse aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse durch die Kreisscheibe hindurchgeführt ist, wodurch der von der Kreisscheibe liegende Teil (a) der Kammer mit dem hinter ihr liegenden Teil (b) strömungstechnisch verbunden ist und daß die Strahldüse sowohl eine Bohrung (11), die parallel zur Kreisscheibe und im wesent­ lichen entgegen der Drehrichtung der Kreisscheibe angeordnet ist, als auch einen sich an die Bohrung anschließenden, im wesentlichen parallel zur Achse (7) der Kreisscheibe verlaufenden Bereich (10) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kreisscheibe (3) und Gehäuse (1) ein Ringspalt (6) verbleibt, durch den ein Teilstrom der Flüssigkeit aus dem Teil (b) der Kammer (2) in den Teil (a) der Kammer (2) zurückfließt.

3. Vorrichtung zur Herstellung einer Dispersion mit mindestens einer innerhalb einer Kammer angeordneten Strahldüse (4), wobei am Einlaß der Strahldüse ein Staudruck erzeugt wird, der die Strömung der Flüssigkeit durch die Strahldüse aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Zulauf (18) und einen Ablauf (19) aufweist, daß die Kammer und ihr Flüssigkeitsinhalt rotieren, daß die Strahldüse im Abstand von der Rotationsachse (17) der Kammer angeordnet ist und daß sich der Ablauf (19) an die Strahldüse an­ schließt.